本發明涉及混凝土結構損傷監測領域，尤其是涉及一種用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜及其制備方法與應用。
背景技術：
1、混凝土是當前全球最主要的建筑材料，廣泛應用于各類工程結構。然而，在復雜多變的服役環境中，混凝土容易受到鹽堿腐蝕、凍融損傷、疲勞載荷和鋼筋銹蝕等多種因素的影響。這些外界環境作用會使混凝土結構逐漸發生變形和開裂，尤其是內部損傷難以從外部直接察覺，對結構的使用壽命和安全性構成嚴重威脅。這其中影響最為直接的便是水分的侵入。因此，開發針對混凝土外界水分侵入深度的高效監測技術，成為當前建筑材料研究領域亟待解決的關鍵課題之一。
2、目前，混凝土結構損傷監測技術主要通過在水泥基體中引入導電填料，以提升材料的導電性，并實現損傷的實時感知。常見的傳感器類型包括壓電式、壓阻式和磁阻式傳感器等。如中國專利cn115165971a公開了一種基于機敏材料的混凝土結構物力學與腐蝕損傷檢測評估方法，該方法通過將機敏材料傳感器單元安裝在混凝土結構物受力或腐蝕風險位置，通過檢測電壓及電流，獲取機敏材料傳感器單元的電阻值，實現混凝土結構物內部損傷的快速檢測。中國專利cn108818882a公開了一種混凝土智能骨料及其制備方法，通過設置濕度傳感器模塊和纖維電阻，在壓電陶瓷感應模塊失效的情況下還能以濕度傳感器模塊和纖維電阻對智能骨料的信號采集功能進行失效補償，有利于減少因混凝土建筑結構損傷破壞而導致事故發生的可能性。
3、然而，這些技術仍存在顯著的瓶頸，存在信號穩定性差(低信噪比和難以控制的波動性)，導電填料的團聚效應、漿料流變特性以及離子極化現象等問題，進一步制約了監測性能的提升。
技術實現思路
1、本發明的目的就是為了提供一種用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜及其制備方法與應用，所制備的薄膜能夠應用于混凝土濕度監測，且檢測靈敏。
2、本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本發明目的之一在于提供一種用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜，所述薄膜以水化硅酸鈣薄膜為基體，所述水化硅酸鈣薄膜中均勻分散有碳化聚合物點。
4、優選地，所述碳化聚合物點的尺寸為2nm-100nm，所述碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜中碳化聚合物點的負載量為40wt％-80wt％。
5、優選地，
6、所述碳化聚合物點的原料包括如下質量份數的組分：
7、
8、優選地，所述水化硅酸鈣薄膜的原料包括如下質量份數的組分：
9、
10、其中，所述鈣質材料和硅質材料的質量份數比值為0.5-2。
11、進一步優選地，所述鈣質材料和硅質材料的質量份數比值為2。
12、優選地，所述聚合物單體選自丙烯酰胺、丙烯酸中的任意一種或多種。
13、優選地，所述鈣質材料選自氯化鈣、硝酸鈣、生石灰、氫氧化鈣中的任意一種或多種。
14、優選地，所述硅質材料選自硅灰、稻殼灰、硅酸鈉中的任意一種或多種。
15、優選地，所述ph調節劑選自氫氧化鈉和稀鹽酸中的一種或兩種。
16、本發明目的之二在于提供一種所述的用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜的制備方法，包括以下步驟：
17、s1：制備碳化聚合物點粉末；
18、s2：將碳化聚合物點粉末、水、鈣質材料和硅質材料混合均勻，得到懸濁液；
19、s3：使用ph調節劑調節懸濁液的ph值，混合均勻；
20、s4：水浴加熱下，攪拌反應；
21、s5：反應完成后抽濾、烘干，得到所述碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜。
22、優選地，步驟s1中，所述制備碳化聚合物點粉末包括以下步驟：
23、s1.1：按質量份數，將聚合物單體與水混合均勻，隨后加入過硫酸銨和n,n'-亞甲基雙丙酰胺混合均勻，得到混合溶液；
24、s1.2：將混合溶液進行水熱反應；
25、s1.3：水熱反應結束后，進行透析、旋蒸處理，得到所述碳化聚合物點粉末。
26、進一步優選地，步驟s1.1中，所述混合均勻指超聲8-12min，超聲功率為20w/l-30w/l。
27、進一步優選地，步驟s1.2中，所述水熱反應的溫度為160-200℃，時間為6-10h，所述水熱反應在水熱反應釜中進行。
28、更進一步優選地，步驟s1.2中，所述水熱反應的溫度為180℃，時間為8h。
29、進一步優選地，步驟s1.3中，所述透析指使用0.1-0.3μm的透析袋篩除大分子雜質，更進一步優選為用0.22μm的透析袋篩除大分子雜質。
30、進一步優選地，步驟s1.3中，所述旋蒸用于去除液體溶劑，所述旋蒸的參數包括溫度范圍為50-80℃，旋蒸時間為1h-4h。
31、優選地，步驟s2中，所述混合均勻指超聲1-5min，超聲功率為20w/l-30w/l。
32、優選地，步驟s3中，所述懸濁液調節后的ph值為7-9，進一步優選為7-8。
33、優選地，步驟s3中，所述混合均勻指超聲1-5min，超聲功率為20w/l-30w/l。
34、優選地，步驟s4中，所述水浴加熱的溫度為30-50℃，攪拌反應的轉速為300rpm-600rpm，時間為12h-24h。
35、進一步優選地，步驟s4中，所述水浴加熱的溫度為40℃，攪拌反應的轉速為600rpm，時間為24h。
36、優選地進一步優選地，步驟s5中，所述烘干的溫度為45℃，時間為24h。
37、優選地，所述的用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜的制備方法，包括以下步驟：
38、首先按質量份數將聚合物單體和水按比例混合，超聲10min，得到均勻的溶液a。然后將過硫酸銨和n,n'-亞甲基雙丙酰胺按比例加入溶液a中，超聲10min，得到均勻的溶液b。緊接著，將溶液b倒入水熱反應釜中，在180℃下反應8h，得到黃色透明溶液c。使用0.22μm的透析袋篩除溶液c的大分子雜質，經旋蒸處理后，得到碳化聚合物點粉末d。將合成的碳化聚合物點粉末d、水、鈣質材料和硅質材料配成懸濁液，并超聲3min混合均勻，使用ph調節劑將溶液ph值調節至合適范圍，并超聲3min，然后在40度水浴下，攪拌反應24h，得到懸濁液e。將懸濁液e經抽濾后制成薄膜，并置于45℃真空烘箱中烘干24h，得到碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜f。
39、本發明目的之三在于提供一種所述的用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜的應用。
40、優選地，將所述碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜用于環境濕度監測。
41、優選地，將所述碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜用于水泥混凝土內部濕度監測，包括以下步驟：
42、a：根據所監測水泥混凝土尺寸大小，將碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜制備為合適尺寸；
43、b：在混凝土澆筑過程中，將合適尺寸的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜埋入水泥混凝土的內部，并連接外部電流檢測裝置；
44、c：通過觀測電流的變化，實現對水泥混凝土內部的濕度監測，并用于判斷水泥混凝土結構損傷風險情況。
45、進一步優選地，當所述水泥混凝土內部濕度較大時，說明水泥混凝土結構具有一定的損傷風險；當所述水泥混凝土內部濕度較小時，說明外界環境侵入介質量少，水泥混凝土結構損傷風險低。
46、本發明提出了一種基于碳化聚合物點改性的水化硅酸鈣薄膜(c-s-h)材料，能夠顯著提升濕度監測性能。碳化聚合物點作為一種新型納米材料，具有優異的導電性、高比表面積以及豐富的表面功能基團(如碳-氧鍵和碳-氮鍵)。通過將碳化聚合物點引入c-s-h基體中，既能顯著提升其導電性能，又可實現對濕度場景的靈敏響應，為開發高性能濕度監測功能材料提供了一條全新的研究路徑。此外，該材料時具有制備工藝簡便、分散性好、與基體相容性優異等優勢。本發明為混凝土結構的實時監測、智能診斷及多功能化應用提供了一種高效、可靠的新解決方案，具有重要的工程應用價值和廣闊的產業化前景。
47、如圖1所示，本發明通過將碳化聚合物點插層到水化硅酸鈣(c-s-h)層間距以提升復合材料導電性能。在復合過程中，碳化聚合物點因其納米級尺寸能夠有效插入c-s-h材料的層間結構中，從而擴展層間距，降低層間電荷屏蔽效應，為電子遷移提供更多通道。同時，碳化聚合物點表面的氮、氧官能團能夠與c-s-h中的ca-oh和si-oh官能團發生界面結合，形成穩定的鍵合作用，進一步改善電子在復合體系中的傳導效率。
48、碳化聚合物點的插層作用不僅提升了c-s-h層間的結構有序性，還構建了跨越層間的高效電子傳導網絡，使電子能夠快速穿過c-s-h層間區域。這一過程中，碳化聚合物點豐富的表面官能團(如氮鍵和氧鍵)通過與c-s-h層間鈣離子形成配位鍵，進一步穩定了插層結構并增強了電子傳導的連續性。此外，碳化聚合物點在層間的均勻分布避免了傳統導電改性材料因分散性差而導致的局部性能不均現象。
49、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
50、(1)本發明提供了一種用于濕度監測的碳化聚合物點改性水化硅酸鈣薄膜，所述薄膜通過在水化硅酸鈣薄膜中引入碳化聚合物點進行改性，成功賦予了水化硅酸鈣材料獨特的濕度誘導的電導率轉變能力，具有濕度監測功能。
51、(2)本發明通過碳化聚合物點的引入，與c-s-h基體中的ca-oh和si-oh官能團形成協同作用，構建高效電子傳導網絡，顯著改善了c-s-h材料的電子導電性，為其在能源存儲、傳感器及多功能材料領域的應用提供了可能性。
52、(3)本發明中的碳化聚合物點能夠均勻分散于c-s-h材料體系中，與基體形成穩定的界面相互作用，解決了傳統改性材料分散性差、相容性不足的問題。
53、(4)本發明采用綠色環保的制備工藝，避免了傳統改性技術中的高能耗和復雜操作，不僅降低了成本，還符合環境友好型材料開發的要求。
54、(5)本發明的碳化聚合物點改性c-s-h材料具有良好的抗拉強度。
55、(6)本發明中的碳化聚合物點改性c-s-h材料具有良好的成本優勢，可實現大規模制備，適用于多功能材料領域的實際需求。