本發(fā)明屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料。

技術背景

對于在建或已建的重大混凝土結構工程和基礎設施(如超高層建筑、跨海大橋、大型采油平臺與核電站等)迫切需要采取有效的監(jiān)測手段來評定其健康狀況，以便及時修復和控制損傷，確保工程的可靠性、安全性與耐久性。構建重大混凝土結構工程和基礎設施的健康監(jiān)測系統(tǒng)，須要高性能、長壽命與穩(wěn)定的智能傳感元件。自感知水泥基復合材料可通過宏觀電學性能變化有效診斷與監(jiān)測混凝土結構的應力、應變或損傷，因此適用作傳感元件。與現(xiàn)有的其它傳感元件相較，自感知水泥基復合材料與混凝土結構具有天然的相容性，用于混凝土結構的健康診斷與監(jiān)測有獨特優(yōu)勢，與此同時，它還有靈敏度高、耐久性好等諸多優(yōu)點。

已有的自感知水泥基復合材料主要采用粉末狀導電材料(如炭黑、鎳粉、鋼渣等)，以及纖維狀填料(碳纖維、鋼纖維等)來復合制備。粉末狀填料需要較大的摻量才能具有自感知性能，對水泥基復合材料的力學性能有很大的影響；碳纖維易于團聚且表面憎水與水泥相容性不好，使得制備的水泥基復合材料的均勻性與重復性較差；纖維狀填料鋼纖維會明顯增加混凝土的重量，而且在水泥堿性環(huán)境中易于鈍化而喪失導電性，同時在制備的過程中易沉降。因此，迫切需要研發(fā)其它新型的優(yōu)質填料及其自感知水泥基復合材料。

鎳納米線具有很好的抗堿性腐蝕能力，且有極好的導電性與優(yōu)良力學性能，是一個制備自感知水泥基復合材料的潛在優(yōu)質填料。本發(fā)明提供應用鎳納米纖維(納米線)為導電填料的一種新型自感知水泥基復合材料。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決已有自感知水泥基復合材料由于導電填料摻量大、與水泥基材料相容性不好和導電填料分散困難等引起的水泥基復合材料力學、電學和壓敏性能等綜合性能不高、均勻性與重復性較差等問題，而提供了一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料。

技術方案：為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明提出了一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料，所述自感知鎳納米纖維水泥基復合材料由鎳納米線、表面改性劑、水和水泥制成。

其中，所述鎳納米線作為水泥基復合材料的導電填料。

其中，所述鎳納米線的直徑為40～200nm，長徑比為50～200。

其中，所述鎳納米線的摻量為自感知水泥基材料體積的0.6％～2.0％。

其中，所述表面改性劑為聚羧酸型高效減水劑，摻量為水泥質量的0.4％～1％。

其中，所述自感知鎳納米纖維水泥基復合材料的水灰比為0.35～0.55。

本發(fā)明進一步提出了上述自感知鎳納米纖維水泥基復合材料的制備方法，包括如下步驟：先將水和表面改性劑混合，再加入鎳納米線，超聲分散15～20min后，將分散的鎳納米線水溶液與水泥攪拌均勻，注入模具，輕振至密實后，標準養(yǎng)護28～30d。

其中，所述表面活性劑為為聚羧酸型高效減水劑，摻量為水泥質量的0.4％～1.0％。

所述鎳納米線的直徑為40～200nm，長徑比為50～200，鎳納米線的摻量為自感知水泥基復合材料體積的0.6％～2.0％。

優(yōu)選地，成型的自感知水泥基復合材料的水灰比為0.35～0.55

有益效果：鎳納米線具有很好的抗堿性腐蝕能力，且有極好的導電性與優(yōu)良力學性能。本發(fā)明以鎳納米線為導電填料，其摻量低，且采用表面改性劑對鎳納米纖維進行改性，降低其表面能，使其具有良好的分散性，由此解決了已有自感知水泥基復合材料由于導電填料摻量大、與水泥基材料相容性不好和導電填料分散困難等引起的水泥基復合材料力學、電學和壓敏性能等綜合性能不高、均勻性與重復性較差等問題，所制備的自感知水泥基復合材料具有導電填料摻量低、綜合性能優(yōu)良、均勻性與重復性好及感知靈敏度高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1～4是具體實施方案一到四中，對應的自感知鎳納米纖維水泥基復合材料的電阻變化率與壓力之間的關系圖；

圖5是具體實施方案三中自感知鎳納米纖維水泥基復合材料的掃描電鏡照片。

具體實施方案

下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。

具體實施方式一：

本實施方案中一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料由鎳納米線、聚羧酸型減水劑(南京蘇博特新材料有限公司提供：聚羧酸高性能減水劑)、水和水泥組成，其中鎳納米線的直徑為40～60nm，長徑比為50～100；鎳納米線的摻量為自感知水泥基復合材料的體積的0.6％；減水劑摻量為水泥質量的0.4％；自感知水泥基復合材料成型水灰比為0.35。具體制備方法是：先將水和減水劑混合，再加入鎳納米線，超聲分散15min后，將分散好的鎳納米線水溶液與水泥攪拌均勻，注入模具，輕振至密實后，標準養(yǎng)護28d。該種鎳納米纖維水泥基復合材料與未摻鎳納米纖維的空白水泥基材料相比，抗壓強度提高了18.03％，抗折強度提高了7.3％，電阻率降低了68.2％。

具體實施方式二：

本實施方案中一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料由鎳納米線、聚羧酸減水劑、水和水泥組成，其中鎳納米線的直徑為40～60nm，長徑比為50～200；鎳納米線的摻量為自感知水泥基復合材料的體積的0.75％；減水劑摻量為水泥質量的0.6％；自感知水泥基復合材料成型水灰比為0.45。具體制備方法是：先將水和減水劑混合，再加入鎳納米線，超聲分散20min后，將分散好的鎳納米線水溶液與水泥攪拌均勻，注入模具，輕振至密實后，標準養(yǎng)護28d。該種鎳納米纖維水泥基復合材料與未摻鎳納米纖維的空白水泥基材料相比，抗壓強度提高了26.4％，抗折強度提高了11.3％，電阻率降低了75.6％。

具體實施方式三：

本實施方案中一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料由鎳納米線、聚羧酸減水劑、水和水泥組成，其中鎳納米線的直徑為40～60nm，長徑比為50～100；鎳納米線的摻量為自感知水泥基復合材料的體積的1.5％；減水劑摻量為水泥質量的0.8％；自感知水泥基復合材料成型水灰比為0.55。具體制備方法是：先將水和減水劑混合，再加入鎳納米線，超聲分散18min后，將分散好的鎳納米線水溶液與水泥攪拌均勻，注入模具，輕振至密實后，標準養(yǎng)護28d。該種鎳納米纖維水泥基復合材料與未摻鎳納米纖維的空白水泥基材料相比，抗壓強度提高了24.8％，抗折強度提高了10.3％，電阻率降低了83.1％。

需要說明的是，與同種摻量的碳納米管水泥基復合材料相較，抗壓強度提高了10.23％，抗折強度提高了5.76％，電阻率降低了16.47％，本次的鎳納米纖維水泥基復合材料顯示具有更好的綜合性能。

具體實施方式四：

本實施方案中一種自感知鎳納米纖維水泥基復合材料由鎳納米線、聚羧酸減水劑、水和水泥組成，其中鎳納米線的直徑為160～200nm，長徑比為50～200；鎳納米線的摻量為自感知水泥基復合材料的體積的2％；減水劑摻量為水泥質量的1％；自感知水泥基復合材料成型水灰比為0.45。具體制備方法是：先將水和減水劑混合，再加入鎳納米線，超聲分散15min后，將分散好的鎳納米線水溶液與水泥攪拌均勻，注入模具，輕振至密實后，標準養(yǎng)護28d。該種鎳納米纖維水泥基復合材料與未摻鎳納米纖維的空白水泥基材料相比，抗壓強度提高了19.9％，抗折強度提高了6.3％，電阻率降低了87.5％。

由上述實施案例可知，相同制備工藝下，摻鎳納米線的自感知水泥基復合材料的抗壓、抗折強度和導電性，較空白未摻加鎳納米線的水泥石都有大幅度的提高。

圖1～圖4為對應實施案例中，摻鎳納米線的自感知水泥基復合材料在固定加荷幅度循環(huán)加載下，電阻變化率與加載荷載的關系圖。在小應力下，由于彈性變形是可重復的，在每次循環(huán)加載過程中，加載時，電阻率隨載荷增大而減??；當卸載時，電阻率增大，電阻變化率與加載荷載之間有明顯的對應關系；且電阻變化率與鎳納米線的摻量、鎳納米線的尺寸、分散劑的摻量和自感知鎳納米纖維水泥基復合材料的成型水灰比有關。

綜上所述，本發(fā)明實施案例中的自感知鎳納米纖維水泥基復合材料，是以水泥為膠凝材料，聚羧酸減水劑為分散劑，鎳納米線為導電填料復合而成的自感知水泥基復合材料。該發(fā)明將具有良好導電性，耐堿腐蝕性的鎳納米線均勻的分散到水泥基材料中，實驗表明該自感知水泥基復合材料提高了現(xiàn)有水泥基壓敏材料電阻率與外界荷載響應關系的線性度以及在循環(huán)荷載作用下電阻率隨荷載變化的重復性，有利于水泥基壓敏材料應用于實際工程中。