一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法
【专利摘要】一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，在干压成型制备水泥基复合材料之后，用水将试样完全浸透并暴露于潮湿环境中进行预养护，随后浸入水中养护；所述碳纤维水泥基复合材料，主要由PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硅酸盐水泥和骨料组成，或由PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硫铝酸盐水泥和骨料组成，本发明具有所得碳纤维水泥复合材料热电性能稳定、力学性能优良、成型及养护工艺简单的特点，避免了使用膨胀石墨带来的复合材料强度降低的问题，避免了压强较小时气孔率高的问题，避免了预养护不充分产生微裂纹的问题，使制备力学和热电性能优良的碳纤维水泥基复合材料成为可能。
【专利说明】
一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法
技术领域
[0001]本发明属于水泥基复合材料的养护技术领域，特别涉及一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维水泥基复合材料是土木工程领域研究较广泛的结构材料，不仅具有优良的力学性能，而且具有显著的热电性能等。在土木工程结构的健康监测、道路太阳能热转化收集以及道路融雪除冰等方面具有重要的应用前景，是智能水泥基复合材料研究与发展的重要方向之一。
[0003]碳纤维水泥基复合材料的原材料种类、配合比、成型与养护工艺，以及使用环境等诸多因素对其力学和热电性能起关键作用。在原材料种类及配合比一定、成型工艺、使用环境条件一致的前提下，合理有效的养护工艺对提高材料力学性能、减少收缩开裂以及提高热电性能等方面至关重要，现已经成为提高碳纤维水泥基复合材料性能的关键控制因素。
[0004]碳纤维水泥基复合材料是一种宏观密实而微观多孔的材料。水泥基复合材料硬化过程中微观孔隙被水溶液填充，当这些水分过快从孔隙中蒸发时，材料表层就会出现开裂，影响其力学及热电性能。实际工程应用最广泛的养护工艺包括洒水(喷雾)养护、覆盖(湿布、塑料薄膜等)养护、喷涂养护剂等，然而上述养护工艺主要针对浇筑成型的水泥基材料，而对于干压成型的水泥基材料，其养护工艺条件控制显得更为重要。
[0005]文献I( “Sivara ja Muthusamy, Shoukai Wang ,D.D.L.Chung,Carbon, 2010 ,48:1457-1464”)公开了一种利用干压成型制备膨胀石墨-水泥基复合材料的方法及其养护工艺，不仅提高了水泥基复合材料力学性能，而且提高了其电学性能。该方法采用干压成型，压强为5.6MPa，由于压强较小，成型后试样气孔率较大。此养护工艺是将试样暴露于潮湿环境中2天，然后浸入水中养护26天。当试样暴露于潮湿环境中时，表面形成一层水泥硬化壳，不利于进一步水化硬化，且不能完全浸透，试样中心部位未水化的水泥原料在后续水化时，易与外层硬化壳间产生细小裂纹，不能很好的满足实验及应用要求。另外，掺膨胀石墨制备的水泥基复合材料强度较低。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，可克服干压成型制备水泥基复合材料过程中存在的气孔率高、易开裂及掺膨胀石墨强度较低等问题。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]—种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，在干压成型制备水泥基复合材料之后，用水将试样完全浸透并暴露于潮湿环境中进行预养护，随后浸入水中养护。
[0009]所述碳纤维水泥基复合材料，主要由PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硅酸盐水泥和骨料组成，或由PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硫铝酸盐水泥和骨料组成。
[0010]所述PAN基短切碳纤维长度为5-10mm，预分散成单丝状后与其它原料干混均匀并直接干压成型。
[0011]所述干压成型的压强为20-60MPa。
[0012]将干压成型后的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，然后将试样暴露于潮湿环境中进行预养护。
[0013]所述潮湿环境，为相对湿度95%以上的水蒸气环境。
[0014]所述预养护的时间为24h。
[0015]所述预养护和养护的温度为20_25°C。
[0016]所述浸入水中养护至完全硬化。
[0017]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明具有所得碳纤维水泥复合材料热电性能稳定、力学性能优良、成型及养护工艺简单的特点。本发明使用的PAN基短切碳纤维抗拉强度高、电导率高、热导率低和化学性能稳定，不仅可以大幅度提高碳纤维水泥基复合材料的力学和热电性能，而且避免了使用膨胀石墨带来的复合材料强度降低的问题。本发明干压成型制备碳纤维水泥基复合材料的方法，由于成型压强较大，避免了压强较小时气孔率高的问题。本发明的养护工艺，将干压成型后的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，然后将试样暴露于潮湿环境中进行预养护，可有效避免预养护不充分产生微裂纹的问题，使制备力学和热电性能优良的碳纤维水泥基复合材料成为可會K。
【附图说明】
[0018]图1是本发明流程不意图，图中标记:
[0019]1-干压成型的试样；2-部分吸水的试样；3-吸水饱和的试样;4-吸水饱和的海绵片;5-水;6-相对湿度95%以上的水蒸气环境。
[0020]图2是本发明充分养护干压成型碳纤维水泥基复合材料所得试样与未充分养护干压成型试样和浇筑成型所得试样的气孔率的关系图。
[0021]图3是本发明充分养护干压成型碳纤维水泥基复合材料所得试样与未充分养护干压成型试样和浇筑成型所得试样的抗压强度的关系图。
[0022]图4是本发明充分养护干压成型碳纤维水泥基复合材料和纯水泥所得试样与浇筑成型所得试样的抗压强度的关系图。
[0023]图5是本发明充分养护干压成型碳纤维水泥基复合材料所得试样与浇筑成型所得试样在不同温度下电导率的关系图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
[0025]实施例1:如图1所示，准备型腔为长方体的钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0026]利用碾轮式混砂机使PAN基短切碳纤维均匀分散在水泥基体中，将混合均匀的粉料用钢制模具干压成型，成型压强为20MPa。
[0027]首先将干压成型的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，随后将完全浸透的试样暴露在相对湿度为95%以上的水蒸气环境中进行预养护，时间为24h，最后将预养护后的试样浸入水中进一步水化硬化，时间为3天，在整个养护过程中温度为20°C。
[0028]实施例2:如图1所示，准备型腔为长方体的钢制模具，按照质量比为1:100的比例，称取PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥。
[0029]利用碾轮式混砂机使PAN基短切碳纤维均匀分散在水泥基体中，将混合均匀的粉料用钢制模具干压成型，成型压强为20MPa。
[0030]首先将干压成型的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，随后将完全浸透的试样暴露在相对湿度为95%以上的水蒸气环境中进行预养护，时间为24h，最后将预养护后的试样浸入水中进一步水化硬化，时间为28天，在整个养护过程中温度为20 °C。
[0031]实施例3:如图1所示，准备型腔为长方体的钢制模具，按照质量比为1.2:100的比例，取、PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥。
[0032]利用碾轮式混砂机使PAN基短切碳纤维均匀分散在水泥基体中，将混合均匀的粉料用钢制模具干压成型，成型压强为60MPa。
[0033]首先将干压成型的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，随后将完全浸透的试样暴露在相对湿度为95%以上的水蒸气环境中进行预养护，时间为24h，最后将预养护后的试样浸入水中进一步水化硬化，时间为3天，在整个养护过程中温度为25°C。
[0034]实施例4:如图1所示，准备型腔为长方体的钢制模具，按照质量比为1.2:100的比例，取、PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥。
[0035]利用碾轮式混砂机使PAN基短切碳纤维均匀分散在水泥基体中，将混合均匀的粉料用钢制模具干压成型，成型压强为60MPa。
[0036]首先将干压成型的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，随后将完全浸透的试样暴露在相对湿度为95%以上的水蒸气环境中进行预养护，时间为24h，最后将预养护后的试样浸入水中进一步水化硬化，时间为28天，在整个养护过程中温度为25 °C。
[0037]参阅图2所示，本发明养护充分时所得碳纤维水泥基复合材料的气孔率比养护不充分时所得试样和浇筑成型所得试样的气孔率都低。
[0038]参阅图3所示，本发明养护充分时所得碳纤维水泥基复合材料的抗压强度比养护不充分时所得试样和浇筑成型所得试样的抗压强度都高。
[0039]参阅图4所示，本发明获得的碳纤维水泥基复合材料和纯水泥的抗压强度都比浇筑成型所得试样的抗压强度高。
[0040]参阅图5所示，本发明获得的碳纤维水泥基复合材料的电导率比浇筑成型所得试样的电导率高4个数量级，且其电导率随温度的升高而增大。
[0041]以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，在干压成型制备水泥基复合材料之后，用水将试样完全浸透并暴露于潮湿环境中进行预养护，随后浸入水中养护。2.根据权利要求1所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述碳纤维水泥基复合材料，主要由PAN基短切碳纤维和硅酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硅酸盐水泥和骨料组成，或由PAN基短切碳纤维和硫铝酸盐水泥组成，或由PAN基短切碳纤维、硫铝酸盐水泥和骨料组成。3.根据权利要求2所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述PAN基短切碳纤维长度为5-10_，预分散成单丝状后与其它原料干混均匀并直接干压成型。4.根据权利要求3所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述干压成型的压强为20-60MPa。5.根据权利要求1所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，将干压成型后的试样放在吸水饱和的海绵片上，利用毛细现象使其吸水至完全浸透，然后将试样暴露于潮湿环境中进行预养护。6.根据权利要求1或5所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述潮湿环境，为相对湿度95%以上的水蒸气环境。7.根据权利要求1或5所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述预养护的时间为24h。8.根据权利要求1或5所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述预养护和养护的温度为20-25°C。9.根据权利要求1所述干压成型碳纤维水泥基复合材料的养护方法，其特征在于，所述浸入水中养护至完全硬化。
【文档编号】C04B28/06GK105904584SQ201610240366
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】魏剑, 赵莉莉, 张倩, 聂证博
【申请人】西安建筑科技大学