一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法
【專利摘要】一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，在干壓成型制備水泥基復(fù)合材料之后，用水將試樣完全浸透并暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，隨后浸入水中養(yǎng)護(hù)；所述碳纖維水泥基復(fù)合材料，主要由PAN基短切碳纖維和硅酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硅酸鹽水泥和骨料組成，或由PAN基短切碳纖維和硫鋁酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硫鋁酸鹽水泥和骨料組成，本發(fā)明具有所得碳纖維水泥復(fù)合材料熱電性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良、成型及養(yǎng)護(hù)工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，避免了使用膨脹石墨帶來的復(fù)合材料強(qiáng)度降低的問題，避免了壓強(qiáng)較小時(shí)氣孔率高的問題，避免了預(yù)養(yǎng)護(hù)不充分產(chǎn)生微裂紋的問題，使制備力學(xué)和熱電性能優(yōu)良的碳纖維水泥基復(fù)合材料成為可能。
【專利說明】
一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維水泥基復(fù)合材料是土木工程領(lǐng)域研究較廣泛的結(jié)構(gòu)材料，不僅具有優(yōu)良的力學(xué)性能，而且具有顯著的熱電性能等。在土木工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)、道路太陽能熱轉(zhuǎn)化收集以及道路融雪除冰等方面具有重要的應(yīng)用前景，是智能水泥基復(fù)合材料研究與發(fā)展的重要方向之一。
[0003]碳纖維水泥基復(fù)合材料的原材料種類、配合比、成型與養(yǎng)護(hù)工藝，以及使用環(huán)境等諸多因素對(duì)其力學(xué)和熱電性能起關(guān)鍵作用。在原材料種類及配合比一定、成型工藝、使用環(huán)境條件一致的前提下，合理有效的養(yǎng)護(hù)工藝對(duì)提高材料力學(xué)性能、減少收縮開裂以及提高熱電性能等方面至關(guān)重要，現(xiàn)已經(jīng)成為提高碳纖維水泥基復(fù)合材料性能的關(guān)鍵控制因素。
[0004]碳纖維水泥基復(fù)合材料是一種宏觀密實(shí)而微觀多孔的材料。水泥基復(fù)合材料硬化過程中微觀孔隙被水溶液填充，當(dāng)這些水分過快從孔隙中蒸發(fā)時(shí)，材料表層就會(huì)出現(xiàn)開裂，影響其力學(xué)及熱電性能。實(shí)際工程應(yīng)用最廣泛的養(yǎng)護(hù)工藝包括灑水(噴霧)養(yǎng)護(hù)、覆蓋(濕布、塑料薄膜等)養(yǎng)護(hù)、噴涂養(yǎng)護(hù)劑等，然而上述養(yǎng)護(hù)工藝主要針對(duì)澆筑成型的水泥基材料，而對(duì)于干壓成型的水泥基材料，其養(yǎng)護(hù)工藝條件控制顯得更為重要。
[0005]文獻(xiàn)I( “Sivara ja Muthusamy, Shoukai Wang ,D.D.L.Chung,Carbon, 2010 ,48:1457-1464”)公開了一種利用干壓成型制備膨脹石墨-水泥基復(fù)合材料的方法及其養(yǎng)護(hù)工藝，不僅提高了水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能，而且提高了其電學(xué)性能。該方法采用干壓成型，壓強(qiáng)為5.6MPa，由于壓強(qiáng)較小，成型后試樣氣孔率較大。此養(yǎng)護(hù)工藝是將試樣暴露于潮濕環(huán)境中2天，然后浸入水中養(yǎng)護(hù)26天。當(dāng)試樣暴露于潮濕環(huán)境中時(shí)，表面形成一層水泥硬化殼，不利于進(jìn)一步水化硬化，且不能完全浸透，試樣中心部位未水化的水泥原料在后續(xù)水化時(shí)，易與外層硬化殼間產(chǎn)生細(xì)小裂紋，不能很好的滿足實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用要求。另外，摻膨脹石墨制備的水泥基復(fù)合材料強(qiáng)度較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，可克服干壓成型制備水泥基復(fù)合材料過程中存在的氣孔率高、易開裂及摻膨脹石墨強(qiáng)度較低等問題。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，在干壓成型制備水泥基復(fù)合材料之后，用水將試樣完全浸透并暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，隨后浸入水中養(yǎng)護(hù)。
[0009]所述碳纖維水泥基復(fù)合材料，主要由PAN基短切碳纖維和硅酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硅酸鹽水泥和骨料組成，或由PAN基短切碳纖維和硫鋁酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硫鋁酸鹽水泥和骨料組成。
[0010]所述PAN基短切碳纖維長度為5-10mm，預(yù)分散成單絲狀后與其它原料干混均勻并直接干壓成型。
[0011]所述干壓成型的壓強(qiáng)為20-60MPa。
[0012]將干壓成型后的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，然后將試樣暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。
[0013]所述潮濕環(huán)境，為相對(duì)濕度95%以上的水蒸氣環(huán)境。
[0014]所述預(yù)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為24h。
[0015]所述預(yù)養(yǎng)護(hù)和養(yǎng)護(hù)的溫度為20_25°C。
[0016]所述浸入水中養(yǎng)護(hù)至完全硬化。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有所得碳纖維水泥復(fù)合材料熱電性能穩(wěn)定、力學(xué)性能優(yōu)良、成型及養(yǎng)護(hù)工藝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。本發(fā)明使用的PAN基短切碳纖維抗拉強(qiáng)度高、電導(dǎo)率高、熱導(dǎo)率低和化學(xué)性能穩(wěn)定，不僅可以大幅度提高碳纖維水泥基復(fù)合材料的力學(xué)和熱電性能，而且避免了使用膨脹石墨帶來的復(fù)合材料強(qiáng)度降低的問題。本發(fā)明干壓成型制備碳纖維水泥基復(fù)合材料的方法，由于成型壓強(qiáng)較大，避免了壓強(qiáng)較小時(shí)氣孔率高的問題。本發(fā)明的養(yǎng)護(hù)工藝，將干壓成型后的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，然后將試樣暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，可有效避免預(yù)養(yǎng)護(hù)不充分產(chǎn)生微裂紋的問題，使制備力學(xué)和熱電性能優(yōu)良的碳纖維水泥基復(fù)合材料成為可會(huì)K。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明流程不意圖，圖中標(biāo)記:
[0019]1-干壓成型的試樣；2-部分吸水的試樣；3-吸水飽和的試樣;4-吸水飽和的海綿片;5-水;6-相對(duì)濕度95%以上的水蒸氣環(huán)境。
[0020]圖2是本發(fā)明充分養(yǎng)護(hù)干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料所得試樣與未充分養(yǎng)護(hù)干壓成型試樣和澆筑成型所得試樣的氣孔率的關(guān)系圖。
[0021]圖3是本發(fā)明充分養(yǎng)護(hù)干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料所得試樣與未充分養(yǎng)護(hù)干壓成型試樣和澆筑成型所得試樣的抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖。
[0022]圖4是本發(fā)明充分養(yǎng)護(hù)干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料和純水泥所得試樣與澆筑成型所得試樣的抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖。
[0023]圖5是本發(fā)明充分養(yǎng)護(hù)干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料所得試樣與澆筑成型所得試樣在不同溫度下電導(dǎo)率的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0025]實(shí)施例1:如圖1所示，準(zhǔn)備型腔為長方體的鋼制模具，按照質(zhì)量比為1:100的比例，稱取PAN基短切碳纖維和硫鋁酸鹽水泥。
[0026]利用碾輪式混砂機(jī)使PAN基短切碳纖維均勻分散在水泥基體中，將混合均勻的粉料用鋼制模具干壓成型，成型壓強(qiáng)為20MPa。
[0027]首先將干壓成型的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，隨后將完全浸透的試樣暴露在相對(duì)濕度為95%以上的水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間為24h，最后將預(yù)養(yǎng)護(hù)后的試樣浸入水中進(jìn)一步水化硬化，時(shí)間為3天，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中溫度為20°C。
[0028]實(shí)施例2:如圖1所示，準(zhǔn)備型腔為長方體的鋼制模具，按照質(zhì)量比為1:100的比例，稱取PAN基短切碳纖維和硅酸鹽水泥。
[0029]利用碾輪式混砂機(jī)使PAN基短切碳纖維均勻分散在水泥基體中，將混合均勻的粉料用鋼制模具干壓成型，成型壓強(qiáng)為20MPa。
[0030]首先將干壓成型的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，隨后將完全浸透的試樣暴露在相對(duì)濕度為95%以上的水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間為24h，最后將預(yù)養(yǎng)護(hù)后的試樣浸入水中進(jìn)一步水化硬化，時(shí)間為28天，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中溫度為20 °C。
[0031]實(shí)施例3:如圖1所示，準(zhǔn)備型腔為長方體的鋼制模具，按照質(zhì)量比為1.2:100的比例，取、PAN基短切碳纖維和硫鋁酸鹽水泥。
[0032]利用碾輪式混砂機(jī)使PAN基短切碳纖維均勻分散在水泥基體中，將混合均勻的粉料用鋼制模具干壓成型，成型壓強(qiáng)為60MPa。
[0033]首先將干壓成型的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，隨后將完全浸透的試樣暴露在相對(duì)濕度為95%以上的水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間為24h，最后將預(yù)養(yǎng)護(hù)后的試樣浸入水中進(jìn)一步水化硬化，時(shí)間為3天，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中溫度為25°C。
[0034]實(shí)施例4:如圖1所示，準(zhǔn)備型腔為長方體的鋼制模具，按照質(zhì)量比為1.2:100的比例，取、PAN基短切碳纖維和硅酸鹽水泥。
[0035]利用碾輪式混砂機(jī)使PAN基短切碳纖維均勻分散在水泥基體中，將混合均勻的粉料用鋼制模具干壓成型，成型壓強(qiáng)為60MPa。
[0036]首先將干壓成型的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，隨后將完全浸透的試樣暴露在相對(duì)濕度為95%以上的水蒸氣環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，時(shí)間為24h，最后將預(yù)養(yǎng)護(hù)后的試樣浸入水中進(jìn)一步水化硬化，時(shí)間為28天，在整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程中溫度為25 °C。
[0037]參閱圖2所示，本發(fā)明養(yǎng)護(hù)充分時(shí)所得碳纖維水泥基復(fù)合材料的氣孔率比養(yǎng)護(hù)不充分時(shí)所得試樣和澆筑成型所得試樣的氣孔率都低。
[0038]參閱圖3所示，本發(fā)明養(yǎng)護(hù)充分時(shí)所得碳纖維水泥基復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度比養(yǎng)護(hù)不充分時(shí)所得試樣和澆筑成型所得試樣的抗壓強(qiáng)度都高。
[0039]參閱圖4所示，本發(fā)明獲得的碳纖維水泥基復(fù)合材料和純水泥的抗壓強(qiáng)度都比澆筑成型所得試樣的抗壓強(qiáng)度高。
[0040]參閱圖5所示，本發(fā)明獲得的碳纖維水泥基復(fù)合材料的電導(dǎo)率比澆筑成型所得試樣的電導(dǎo)率高4個(gè)數(shù)量級(jí)，且其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。
[0041]以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，不是全部或唯一的實(shí)施方式，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，在干壓成型制備水泥基復(fù)合材料之后，用水將試樣完全浸透并暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)，隨后浸入水中養(yǎng)護(hù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述碳纖維水泥基復(fù)合材料，主要由PAN基短切碳纖維和硅酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硅酸鹽水泥和骨料組成，或由PAN基短切碳纖維和硫鋁酸鹽水泥組成，或由PAN基短切碳纖維、硫鋁酸鹽水泥和骨料組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述PAN基短切碳纖維長度為5-10_，預(yù)分散成單絲狀后與其它原料干混均勻并直接干壓成型。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述干壓成型的壓強(qiáng)為20-60MPa。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，將干壓成型后的試樣放在吸水飽和的海綿片上，利用毛細(xì)現(xiàn)象使其吸水至完全浸透，然后將試樣暴露于潮濕環(huán)境中進(jìn)行預(yù)養(yǎng)護(hù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述潮濕環(huán)境，為相對(duì)濕度95%以上的水蒸氣環(huán)境。7.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述預(yù)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間為24h。8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述預(yù)養(yǎng)護(hù)和養(yǎng)護(hù)的溫度為20-25°C。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述干壓成型碳纖維水泥基復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)方法，其特征在于，所述浸入水中養(yǎng)護(hù)至完全硬化。
【文檔編號(hào)】C04B28/06GK105904584SQ201610240366
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】魏劍, 趙莉莉, 張倩, 聶證博
【申請(qǐng)人】西安建筑科技大學(xué)