CN111268978A - 一种碳纤维掺杂导电水泥基材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳纤维掺杂导电水泥基材料，以重量份数计，所述导电水泥基材料包括如下组分的混合料：水泥85‑90份、砂125‑200份、矿粉10‑15份、可再分散乳胶粉1‑3份、水40‑50份、减水剂0.5‑0.8份、消泡剂0.03‑0.06份；以及碳纤维，所述碳纤维体积占上述混合料的体积的0.6‑1％。导电水泥基材料的制备方法包括如下步骤：S1、碳纤维分散液的制备；S2、水泥基砂浆的制备；S3、导电水泥基材料的成型。该导电水泥基材料具备早强快硬的性能，适用于修补工程；耐久性、韧性更高、电阻率更低，有效降低水泥基材料的收缩；兼具修补与导电的功能，应用到电化学除氯等领域具有广阔的发展前景。

Description

一种碳纤维掺杂导电水泥基材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于水泥基复合材料技术领域，具体涉及一种导电水泥基材料及其制备方法和应用。
背景技术
在外界环境条件的作用下，一些建筑物会受到侵蚀破坏，从而影响其服役寿命。建筑物一般是钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构锈蚀后会对其结构和其使用性能产生巨大的影响。对于锈蚀的钢筋混凝土，外加电流阴极保护是最有效的防护措施之一。在阴极保护***中阳极材料的选材又是最为关键中技术，对于遭受氯盐污染的钢筋混凝土体系，要想提高阴极的保护效率，涂覆在混凝土表面的性能优异的阳极材料需要具备以下基本要求：(1)电子导电、电阻率低，提供所需要的保护电流；(2)具备电化学惰性，以保证较长的使用寿命；(3)具有优良的力学性能，尤其是与基地混凝土始终能有较高的附着强度，具有较好的韧性。
目前现有的阳极材料，钛基阳极电极强化寿命长，但成本过高；导电涂层阳极在干湿交替，冷热循环，紫外线暴露以及氯盐腐蚀严重或电流密度过大时会发生破损现象；导电水泥基材料可以对损伤结构进行修补的同时利用其导电性能进行结构监测评估，使用性能优异。但是导电水泥基材料中加入的石墨、炭黑、碳纤维等导电填料，在水泥基材料中不易分散，影响导电水泥基材料的使用性能。对于需要对混凝土表面损伤进行修补的建筑物，还需要阳极材料具备早强早硬性，而普通的水泥基中使用的硅酸盐水泥对于修补时，不易施工，凝固时间长，不利于抢修，限制了其应用。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维掺杂导电水泥基材料及其制备方法和应用，用以解决传统的导电水泥基材料的填料不易分散，导电水泥基的力学性能低，修复功能欠缺的问题，提供一种导电性能优异、力学性能和耐久性优越的导电水泥基材料。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种碳纤维掺杂导电水泥基材料，以重量份数计，所述导电水泥基材料包括如下组分的混合料：
水泥85-90份、砂125-200份、矿粉10-15份、可再分散乳胶粉1-3份、水40-50份、减水剂0.5-0.8份、消泡剂0.03-0.06份；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.6-1％。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，优选，所述碳纤维的长度为6-9mm。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，优选，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，优选，所述导电水泥基材料中还包括分散剂，所述分散剂掺入质量为胶凝材料质量的0.4-0.6％，所述胶凝材料质量为所述水泥和所述矿粉质量之和；
优选地，所述分散剂为甲基纤维素。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，优选，所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物；
优选地，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
一种碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
S1、碳纤维分散液的制备
将称取好的碳纤维溶于水中，分散均匀，得到预分散碳纤维液；将分散剂和消泡剂加入至所述预分散碳纤维液中，搅拌超声分散，得到碳纤维分散液；
S2、水泥基砂浆的制备
将水泥、矿粉、可再分散乳胶粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌均匀；然后将步骤S1中得到的所述碳纤维分散液加入至搅拌机中继续搅拌均匀；再将砂加入至搅拌机中，搅拌均匀后得到水泥基砂浆拌合物；
S3、导电水泥基材料的成型
将步骤S2中得到的所述水泥基砂浆填入模具中，振实抹平，***电极材料；静置4-24h后脱模，养护后得到导电水泥基材料。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，优选，步骤S1中所述预分散碳纤维液的具体制备过程为：将碳纤维溶入水中，将水加热至65-75℃，超声分散5-15min后，得到所述预分散碳纤维液。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，优选，步骤S1中，将所述分散剂加入至所述预分散碳纤维液中，搅拌超声分散5-15min；
优选地，步骤S1中溶解所述碳纤维的水占所述混合料中水量的1/3～2/3。
在如上所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，优选，步骤S3中，所述养护的条件为：在温度为15-25℃，相对湿度为≥90％的养护室内进行养护。
一种碳纤维掺杂导电水泥基材料制备方法制备得到的导电水泥基材料的应用，优选，将所述导电水泥基材料应用于电化学除氯。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：
本发明的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，具有如下优异效果：
1.导电水泥基材料中的水泥使用硫铝酸盐水泥，相比传统的硅酸盐水泥更加环保，性能更加优异，使得导电水泥基具备早强快硬的性能，更加适用于修补工程。
2.在导电水泥基中加入了可再分散乳胶粉，提高了导电水泥基与钢筋混凝土之间的粘结力，而且提高了水泥基材料的耐久性和韧性，使导电水泥基在严酷环境下使用更持久。
3.本发明的导电水泥基使用的导电填料是长度适宜的碳纤维，且分散性好，碳纤维分布在水泥基材料中形成了连贯的导电网络，相比石墨，碳纳米管等导电材料，碳纤维的用量更少，更容易形成导电网络，水泥基材料电阻率更低；而且碳纤维的加入会提高材料的韧性，有效降低水泥基材料的收缩。
4.本发明将改性的硫铝酸盐水泥与碳纤维结合制备的导电水泥基材料兼具修补与导电的功能，不仅具有优异的力学性能、耐久性能，而且电阻率更低，应用到电化学除氯等领域具有广阔的发展前景。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明实施例1的四电极法测试导电水泥基材料电阻率的原理图；
图2为本发明试验例1中的不同碳纤维掺量得到的导电水泥基材料的电阻率图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供的碳纤维掺杂导电水泥基材料及其制备方法和应用，将碳纤维掺杂的导电水泥基材料应用于锈蚀钢筋混凝土的电化学除氯，在导电水泥基材料中加入填料碳纤维，碳纤维强度高，耐腐蚀同时又具有优良的导电性能，加入到水泥中后能提高水泥基材料的力学性能，提高韧性，降低干缩；本发明中选择合适的碳纤维尺寸和分散剂，加以合理的分散工艺可以使碳纤维更容易在水泥基中形成导电网络。本发明中采用的水泥为硫铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥相比普通的硅酸盐水泥具有凝结时间短，早期强度高等优点，更适合用作一些工程的修补材料，同时为了改善本发明中硫铝酸盐水泥基材料的性能，在硫铝酸盐水泥中加入了可再分散乳胶粉进行改性，改善了硫铝酸盐水泥基材料的施工状况，使其更便捷高效，提高了其韧性、粘结强度和耐久性能。
本发明将改性后的硫铝酸盐水泥基材料和分散良好的碳纤维结合，制备出一种新型的导电水泥基材料，该材料克服了传统导电填料在水泥基材料中掺量高，不易分散的弊端，本发明通过添加少量分散好的碳纤维就可以使其具备优异的导电性能；同时本发明的导电水泥基材料使用硫铝酸盐水泥，相比普通硅酸盐水泥，更易施工，早期强度高，凝结时间短，和混凝土基体粘结性好，利于抢修。本发明制备的导电水泥基材料导电效果好，同时具有优异的力学性能和耐久性能，能长久使用，在电化学除盐、钢筋锈蚀监测等领域具有广阔的发展应用前景。
本发明提供的一种碳纤维掺杂导电水泥基材料，以重量份数计，导电水泥基材料包括如下组分的混合料：
水泥85-90份(比如86份、87份、88份、89份、89.5份)、砂125-200份(比如130份、135份、140份、145份、150份、155份、160份、165份、170份、175份、180份、185份、190份、195份)、矿粉10-15份(比如10.5份、11份、12份、13份、14份、15份)、可再分散乳胶粉1-3份(比如1.5份、2份、2.5份、3份)、水40-50份(比如41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份)、减水剂0.5-0.8份(比如0.6份、0.7份、0.8份)、消泡剂0.03-0.06份(比如0.04份、0.05份、0.06份)；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.6-1％(比如0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％、0.9％)。
优选地，导电水泥基材料中还包括分散剂，分散剂掺入质量占胶凝材料的质量的0.4-0.6％(比如0.45％、0.5％、0.55％、0.6％)；胶凝材料质量为水泥和矿粉的质量之和。
本发明的具体实施例中，胶砂比为1:(1.25-2)比如(1:1.3、1:1.35、1:1.4、1:1.45、1:1.5、1:1.55、1:1.6、1:1.65、1:1.7、1:1.75、1:1.8、1:1.85、1:1.9、1:1.95)，其中胶砂比为水泥和矿粉共用量与砂的质量比；水泥和矿粉混合后也称为凝胶材料；水胶比为0.4-0.5，即水与胶凝材料的比例为0.4-0.5(比如0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49)；可再分散乳胶粉占凝胶材料的质量的1-3％，减水剂占凝胶材料的质量的0.5-0.8％，消泡剂占凝胶材料的质量的0.03-0.06％。
导电水泥基材料中不同的水胶比、减水剂掺量都会影响导电水泥基的流动性，从而影响碳纤维在水泥基中的分散，最终影响其导电网络的形成，合理的分散剂掺量会更加有利于碳纤维在水泥基材料中的分散。
本发明的具体实施例中，碳纤维的长度为6-9mm(比如6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm)。因为碳纤维长度过短不易搭接形成导电网络，而碳纤维长度过长则不利于其在水泥基中的分散，选择6-9mm长度的碳纤维不仅可以相互搭接形成较好的导电网络，还可以使其在水泥基中分散良好，提高导电水泥基材料的稳定性，降低电阻率。
本发明的具体实施例中，水泥为硫铝酸盐水泥。
本发明的具体实施例中，可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物；优选地，分散剂为甲基纤维素；再优选地，减水剂为聚羧酸型减水剂。
为了进一步理解本发明的导电水泥基材料，本发明还提供了一种碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：
S1、碳纤维分散液的制备
将称取好的碳纤维溶于水中，分散均匀，得到预分散碳纤维液；将分散剂和消泡剂加入至预分散碳纤维液中，搅拌超声分散，得到碳纤维分散液；
本发明的具体实施例中，步骤S1中，将分散剂加入至预分散碳纤维液中，搅拌超声分散5-15min(比如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min)。
优选地，步骤S1中溶解碳纤维的水占混合料中水量的1/3～2/3，更优选的，溶解碳纤维的水占混合料中水量的1/3。
优选地，步骤S1中预分散碳纤维液的具体制备过程为：将碳纤维溶入水中，将水加热至65-75℃(比如66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃)，超声分散5-15min(比如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min)后，得到预分散碳纤维液。
S2、水泥基砂浆的制备
将水泥、矿粉、可再分散乳胶粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌均匀；然后将步骤S1中得到的碳纤维分散液加入至搅拌机中继续搅拌均匀；再将砂加入至搅拌机中，搅拌均匀后得到水泥基砂浆拌合物；
S3、导电水泥基材料的成型
将步骤S2中得到的水泥基砂浆填入模具中，振实抹平，***电极材料；静置4-24h(比如5h、10h、15h、17h、20h、21h、22h、23h、24h)后脱模，养护后得到导电水泥基材料。优选地，电极为铜片电极。
本发明的具体实施例中，步骤S3中，养护的具体条件为，在温度为15-25℃(比如16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃)，相对湿度≥90％的养护室内进行养护。
将本发明的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法制备的导电水泥基材料应用于锈蚀钢筋混凝土的电化学除氯。
本发明下述实施例中采用的水泥为河北唐山北极熊建材有限公司生产的高贝利特硫铝酸盐水泥；碳纤维由日本东邦无胶无浆碳纤维长丝短切而成，规格为6-9mm，强度为4900Mpa，模量为240Gpa，电阻率1.5*10-3Ω.cm，单丝直径7μm；砂采用细度模数为2.7的河砂；减水剂为江苏博特新材料有限公司生产的聚羧酸型高效减水剂。
实施例1
本实施例提供的一种碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，取10.8g碳纤维(碳纤维掺量为占混合料的体积的0.6％)放入500ml的烧杯中，碳纤维长度为6mm，加入134g加热到70℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散10min，得到预分散碳纤维液；称取3.2g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.24g消泡剂，继续超声分散10min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
步骤S2，称取硫铝酸盐水泥720g、80g矿粉、266g水，此处用水量为总用水量的2/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的1/3、16g可再分散乳胶粉、4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，以速度为140±5r/min的搅拌速度进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌30s，加入1200g砂，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌180s。
步骤S3，将拌合物倒入水泥胶砂三联模具中，放到振动台振实磨平，***铜片电极，12h后拆模，移入温度为20℃，相对湿度为95％的标准养护室中养护。
性能测试
电阻率测试通常有三种测试方式，万用表、二电极法和四电极法测试。使用万用表测量水泥基材料的电阻率时，如果直接用万用表测量结果通常具有较大偏差，因为铜片与试块之间的接触会产生接触电阻，测出来的电阻值是接触电阻和样品电阻的总和，这也就造成了极大的误差。二电极法在测量中会将连接线的电阻加入被测电阻值，因而常用于目标电阻值较小的情况。采用四电极法则能有效避免上述测试中的问题，四电极法采用独立电流源和电感电压电路，可以极大地降低电路阻抗对测量目标电阻值的影响。故电阻率测试方法采用四电极法，原理图见图1所示，依照原理图进行导线、电源、电压表、电流表的连接。电阻率计算依据公式R＝U/I，ρ＝RS/L，其中S-试件的截面面积(mm2)，L-中间两电极间距离。
采用四电极法测试，本实施例中制备的导电水泥基材料的电阻率值为121.65Ω·cm。
实施例2
本实施例中将步骤S1中碳纤维质量更换为14.4g(碳纤维掺量占混合料的体积的0.8％)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为69.16Ω·cm。
实施例3
本实施例中将步骤S1中碳纤维质量更换为18g(碳纤维掺量占混合料的体积的1％)，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为49.02Ω·cm。
实施例4
本实施例中将步骤S2中可再分散乳胶粉质量更换为24g，其他方法步骤与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为61.27Ω·cm。
实施例5
本实施例中将步骤S2中可再分散乳胶粉质量更换为8g，其他方法步骤与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为75.87Ω·cm。
实施例6
本实施例中将步骤S1中直径为6mm的碳纤维更换为直径9mm的碳纤维，其他方法步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为183.24Ω·cm。
实施例7
本实施例中将步骤S1中直径为6mm的碳纤维更换为直径9mm的碳纤维，碳纤维的质量为14.4g，其他方法步骤与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为89.1Ω·cm。
实施例8
本实施例提供的一种碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，取14.4g碳纤维(碳纤维掺量占混合料的体积的0.8％)放入500ml的烧杯中，加入266g加热到65℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散15min，得到预分散碳纤维液；称取3.2g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.48g消泡剂，继续超声分散5min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
步骤S2，称取硫铝酸盐水泥680g、120g矿粉、134g水，此处用水量为总用水量的1/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的2/3、16g可再分散乳胶粉、6.4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，以速度为140±5r/min的搅拌速度进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌30s，加入1600g砂，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌180s。
步骤S3，将拌合物倒入水泥胶砂三联模具中，放到振动台振实磨平，***铜片电极，24h后拆模，移入温度为25℃，相对湿度为95％的标准养护室中养护。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为71.23Ω·cm。
实施例9
本实施例提供的一种碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1，取18g碳纤维(碳纤维掺量占混合料的体积的1％)放入500ml的烧杯中，加入266g加热到75℃的水，用玻璃棒搅拌均匀，放入超声波清洗仪中，超声分散15min，得到预分散碳纤维液；称取4.8g甲基纤维素，放入预分散碳纤维液中，用玻璃棒搅拌均匀，并用胶头滴管加入0.48g消泡剂，继续超声分散15min，得到分散好的碳纤维分散液备用。
步骤S2，称取硫铝酸盐水泥690g、110g矿粉、134g水，此处用水量为总用水量的1/3，而溶解分散碳纤维用了总用水量的2/3、16g可再分散乳胶粉、6.4g减水剂，加入到砂浆搅拌锅中，以速度为140±5r/min的搅拌速度进行低速搅拌30s，停止搅拌，加入分散好的碳纤维分散液，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌30s，加入1600g砂，140±5r/min的搅拌速度低速搅拌180s。
步骤S3，将拌合物倒入水泥胶砂三联模具中，放到振动台振实磨平，***铜片电极，20h后拆模，移入温度为20℃，相对湿度为95％的标准养护室中养护。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为51.62Ω·cm。
试验例1
本试验例为改变碳纤维含量对制备的导电水泥基材料的电阻率的影响试验，包括实施例1-3与其他实施例的结合，本试验例中制备的导电水泥基材料步骤和方法均与实施例1相同，区别仅在于碳纤维含量不同。
本试验例中制备的导电水泥基材料的电阻率性能数据如图2所示。
对照例1
本对照例中与实施例2的区别在于，将步骤S1中碳纤维的直径更换为直径的5mm的碳纤维，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为106.46Ω·cm。
对照例2
本对照例中与实施例2的区别在于，本对照例中将步骤S1中碳纤维的直径更换为直径的10mm的碳纤维，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，制备的导电水泥基材料的电阻率值为198.21Ω·cm。
对照例3
本对照例中与实施例2的区别在于，本对照例中将步骤S2中不加入可再分散乳胶粉，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，不掺加可再分散乳胶粉的导电水泥基砂浆流动性降低，砂浆粘聚力变差，导致导电水泥基材料与钢筋混凝土之间的粘结力降低，电阻率略有升高。导电水泥基材料的电阻值为87.27Ω·cm。
对照例4
本对照例中与实施例2的区别在于，本对照例中将步骤S1中分散剂甲基纤维素加入量占胶凝材料的质量的0.2％，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，分散剂加入量的降低会降低碳纤维的分散，导致电阻率的升高，此时导线水泥基材料的电阻率为87.82Ω·cm。
对照例5
本对照例中与实施例2的区别在于，本对照例中将步骤S2中减水剂加入量占胶凝材料(水泥+矿粉)的质量的0.3％，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，减水剂加入量的减少会降低砂浆的流动性，使导电水泥基的和易性变差，从而也会导致碳纤维在水泥基中不易分散，粘聚成团，使得导电水泥基材料的电阻率升高，本对照例中制备的导电水泥基材料的电阻率为217.10Ω·cm。
对照例6
本对照例中与实施例2的区别在于，本对照例中将步骤S1中使用的水泥更换为硅酸盐水泥，其他步骤和方法与实施例2相同，在此不再赘述。
本实施例中采用和实施例1中相同的测试方法，采用传统硅酸盐水泥为胶凝材料时，导电水泥基材料的变化主要体现在：导电水泥基的凝结时间延长，相比于实施例2中的采用原料硫铝酸盐水泥4h就能够凝结，本对照例中采用硅酸盐水泥凝结时间需要24h，且早期强度增长慢，后期强度稳定增长，不适合用在快速抢修的工程上，而对导电水泥基的电阻率影响不大；本对照例中制备的导电水泥基材料的电阻率为73.60Ω·cm。
综上所述：实施例2中当碳纤维掺量提高到占混合料体积比为0.8％时，制备的导电水泥基材料电阻率会大幅降低，导电性能提升，本发明中采用碳纤维掺量占混合料的体积的0.6％-1％是综合考虑成本及除氯效果而选择。本发明的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，采用合理的水胶比、胶砂比以及合理控制碳纤维尺寸和含量、添加剂的用量可以得到导电性能优异的水泥基材料，同时具有优异的力学性能和耐久性能，能长久使用，在电化学除盐、钢筋锈蚀监测等领域具有广阔的发展应用前景，具体效果为：
1.导电水泥基材料中的水泥使用硫铝酸盐水泥，相比传统的硅酸盐水泥更加环保，性能更加优异，使得导电水泥基具备早强快硬的性能，更加适用于修补工程。
2.在导电水泥基中加入了可再分散乳胶粉，提高了导电水泥基与钢筋混凝土之间的粘结力，而且提高了水泥基材料的耐久性和韧性，使导电水泥基在严酷环境下使用更持久。
3.本发明的导电水泥基使用的导电填料是长度适宜的碳纤维，且分散性好，碳纤维分布在水泥基材料中形成了连贯的导电网络，相比石墨，碳纳米管等导电材料，碳纤维的用量更少，更容易形成导电网络，水泥基材料电阻率更低；而且碳纤维的加入会提高材料的韧性，有效降低水泥基材料的收缩。
4.本发明将改性的硫铝酸盐水泥与碳纤维结合制备的导电水泥基材料兼具修补与导电的功能，不仅具有优异的力学性能、耐久性能，而且电阻率更低，应用到电化学除氯等领域具有广阔的发展前景。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维掺杂导电水泥基材料，其特征在于，以重量份数计，所述导电水泥基材料包括如下组分的混合料：
水泥85-90份、砂125-200份、矿粉10-15份、可再分散乳胶粉1-3份、水40-50份、减水剂0.5-0.8份、消泡剂0.03-0.06份；
以及碳纤维，所述碳纤维的体积占上述混合料的体积的0.6-1％。
2.如权利要求1所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，其特征在于，所述碳纤维的长度为6-9mm。
3.如权利要求1所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，其特征在于，所述水泥为硫铝酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，其特征在于，所述导电水泥基材料中还包括分散剂，所述分散剂掺入质量为胶凝材料质量的0.4-0.6％，所述胶凝材料质量为所述水泥和所述矿粉质量之和；
优选地，所述分散剂为甲基纤维素。
5.如权利要求1所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料，其特征在于，所述可再分散乳胶粉为乙烯/醋酸乙烯酯的共聚物；
优选地，所述减水剂为聚羧酸型减水剂。
6.一种如权利要求1-5任一项所述碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
S1、碳纤维分散液的制备
将称取好的碳纤维溶于水中，分散均匀，得到预分散碳纤维液；将分散剂和消泡剂加入至所述预分散碳纤维液中，搅拌超声分散，得到碳纤维分散液；
S2、水泥基砂浆的制备
将水泥、矿粉、可再分散乳胶粉、水、减水剂加入到搅拌机中搅拌均匀；然后将步骤S1中得到的所述碳纤维分散液加入至搅拌机中继续搅拌均匀；再将砂加入至搅拌机中，搅拌均匀后得到水泥基砂浆拌合物；
S3、导电水泥基材料的成型
将步骤S2中得到的所述水泥基砂浆填入模具中，振实抹平，***电极材料；静置4-24h后脱模，养护后得到导电水泥基材料。
7.如权利要求6所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述预分散碳纤维液的具体制备过程为：将碳纤维溶入水中，将水加热至65-75℃，超声分散5-15min后，得到所述预分散碳纤维液。
8.如权利要求6所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述分散剂加入至所述预分散碳纤维液中，搅拌超声分散5-15min；
优选地，步骤S1中溶解所述碳纤维的水占所述混合料中水量的1/3～2/3。
9.如权利要求6所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述养护的条件为：在温度为15-25℃，相对湿度为≥90％的养护室内进行养护。
10.一种如权利要求1～5任一项所述的碳纤维掺杂导电水泥基材料或者权利要求6-9任一项所述的制备方法制备得到的导电水泥基材料的应用，其特征在于，将所述导电水泥基材料应用于电化学除氯。
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