碳纤维水泥基复合材料压敏性的灵敏度及机理分析

采用阶梯循环加卸载方式,对碳纤维水泥基复合材料在不同应力下压敏性的变化进行试验,提出压敏性的灵敏度概念,对比了未经烘干与经烘干后两种情况下压敏性的灵敏度差异,试验结果表明:未经烘干的碳纤维水泥基复合材料呈现正压敏特性,而烘干后的材料呈现负压敏特性,但两者压敏性的灵敏度均随受压应力的增加而减小,并且经烘干后,材料压敏性的灵敏度随受压应力增加而衰减的速度比未经烘干材料的衰减速度慢.应用隧穿效应和电容效应共同作用机理能较好的分析试验现象.     

纳米氧化钛与碳纤维水泥石的电阻率及压敏性

对复掺2种不同相的纳米氧化钛以及碳纤维的水泥石的电阻率及其压应力下电阻率变化率的研究发现;纳米氧化钛可以降低水泥石的电阻率。掺加具有半导体特性的锐钛相纳米氧化钛的水泥石具有压敏效应,其电阻率变化率在7%～10％左右。掺加金红石相纳米氧化钛的水泥石不具有压敏效应。与前2种水泥石相比,碳纤维水泥石的电阻率最小、压敏性最好,其电阻率变化率高达17%～35％。     

多壁碳纳米管水泥基复合材料的压敏性能研究

采用聚羧酸系减水剂分散多壁碳纳米管（ MWCNTs ）,利用四电极法研究了 MWCNTs 掺量对28 d 龄期MWCNTs水泥基复合材料导电特性和在循环荷载作用下压敏性能的影响以及不同最大加载力和加载速率下材料压敏性能的变化。研究表明：随 MWCNTs 掺量的增加,复合材料的电阻率逐渐降低,极化时间逐渐减少。当MWCNTs的掺量在0．06wt％～0．3wt％范围时,复合材料电阻率的变化最大,在循环荷载作用下也表现出良好的压敏性。当加载至试块破坏的情况下,最大电阻变化率可达到70％。随着加载力和加载速率的增加,电阻率的变化率均逐渐变大。本项研究对于实现混凝土材料的智能化以及工程结构检测的实时化具有重要意义。     

纳米碳黑水泥基复合材料压敏性及机理分析

对三种掺入量纳米碳黑(33 nm)的水泥基复合材料的压敏性进行了试验研究.结果表明纳米碳黑可以改善水泥基材料的导电性能,纳米碳黑水泥基复合材料的电阻率与材料所受应力之间存在良好的对应关系,材料的电阻相对变化率R/R0随应力σ增大而减小,并且,在经过预压之后纳米碳黑水泥基复合材料的压敏性呈现良好的稳定性.     

石墨烯改性水泥砂浆导电性能和压敏性能研究

采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO),并经过800℃高温还原制备石墨烯(RGO)。采用TEM、FTIR微观手段对其结构进行表征。并将其应用在水泥砂浆中,研究不同掺量石墨烯改性水泥砂浆的导电性能和压敏性能的影响。研究结果表明,在水化早期,石墨烯对水泥砂浆的导电增强作用不明显,但在水化后期,石墨烯能大大增加水泥砂浆的导电性。水泥砂浆的导电性随着薄层石墨掺量的增加呈现先增加后减小的趋势,增加水泥基材料导电性的较佳掺量为0.9%;并且,石墨烯改性水泥砂浆具有明显的压力依赖性,在受到压应力时,表现出明显的压敏特性。     

基于纳米导电炭黑和碳纤维材料的柔性拉伸传感材料响应特性的研究

导电硅橡胶作为敏感材料具有良好的柔韧性和电阻变形特性。以聚二甲基硅氧烷橡胶为基材,通过加入导电材料纳米炭黑、碳纤维,制备了炭黑/PDMS、碳纤维/PDMS复合柔性导电材料,研究了材料的微观形态、渗流过程特性和拉伸-电阻率变化响应特性,以及材料微观结构变化与电阻特性的构效关系。结果表明,复合材料的渗流阈值为4%、用量超过12%后,复合材料的体积电阻率变化减小。复合材料的质量分数为12%时,炭黑/PDMS体积电阻为10-0.55Ω·m,碳纤维/PDMS体积电阻率为100.82Ω·m。炭黑/PDMS复合材料对拉伸形变具有优良的响应特性,体积电阻变化率对伸长率的响应灵敏度可达266.7。碳纤维/PDMS复合材料的灵敏度低于炭黑/PDMS灵敏度,材料对拉伸形变均有十分迅速的响应速度,且性能稳定。炭黑/PDMD材料响应值Δρ/ρ约为碳纤维/PDMD材料的4倍,是良好的传感器材料。     

硫酸盐环境下再生骨料混凝土的抗冻性能

为了探讨再生骨料混凝土在硫酸盐作用下的抗冻耐久性能,选取再生粗骨料替代率为50％、100％的两组再生混凝土和普通骨料混凝土进行硫酸盐环境中的冻融试验,以质量损失率和相对动弹性模量判别混凝土的抗冻性能.结果表明:质量损失率用于表征再生骨料混凝土的损伤劣化规律具有一定的局限性;相对动弹性模量的变化比较敏感,可以很好的表征再生骨料混凝土的损伤程度;再生骨料混凝土的抗盐冻性能明显低于普通骨料混凝土.以此为基础,建立了Weibull概率函数与冻融损伤度之间的演化方程,演化方程可以很好表述冻融循环次数与相对动弹性模量的变化规律,为后续的分析研究提供了一定借鉴.     

严苛侵蚀作用对优化导电混凝土性能的影响

干湿交替和硫酸盐腐蚀引起的损伤严重影响导电混凝土服役时的长期稳定性。本研究以碳纤维、石墨作为导电相材料,掺入粉煤灰和硅灰制备导电混凝土,在干湿交替和硫酸盐腐蚀耦合作用下,讨论粉煤灰、硅灰掺量对导电混凝土力学性能与电学性能的影响。综合导电混凝土的力学性能与电学性能衰变定义了服役性能劣化指标。结果表明：掺入粉煤灰和硅灰后提升了导电混凝土在干湿交替和硫酸盐腐蚀下的耐久性和导电稳定性;当粉煤灰和硅灰的总掺量一定时,提高粉煤灰占比能够有效降低干湿交替和硫酸盐腐蚀造成的强度损失,并提高导电混凝土的导电稳定性。     

不饱和聚酯树脂/炭黑/碳纤维复合材料的导电性能研究

本文研究了由炭黑、短切碳纤维填充的不饱和聚酯树脂复合材料的导电性能,得到了乙炔炭黑、短切碳纤维用量与复合材料电阻率的关系,对其导电机理进行了分析.     

CNT-CF/水泥基材料导电性能研究

研究了碳纳米管-碳纤维水泥基材料(CNT-CF/水泥基材料)导电性能,并分析了CNT-CF/水泥基材料导电机制.研究了导电填料含量、水灰比、龄期、湿含量等因素对复合材料导电性能的影响.结果 表明:CNT-CF/水泥基材料导电性能良好,电阻率数量级控制在102 Ω·cm以下.最优导电组合配比为碳纤维掺量0.4wt％,碳纳米管掺量0.5wt％.CNT-CF/水泥基材料电阻率随碳纳米管掺量由0.1wt％增加到0.5wt％而减小,由0.5wt％增加到2.0wt％而增大.试样水灰比的提高在一定程度上能降低CNT-CF/水泥基材料电阻率.CNT-CF/水泥基材料电阻率在龄期0～7d减小趋势,在7～28 d有增大趋势.CNT-CF/水泥基材料湿含量越大,其电阻变化率越大,且二者具有良好的线性关系.     

再生保温混凝土抗冻性能的细观研究

再生粗骨料和玻化微珠保温骨料的加入,会导致再生保温混凝土(RATIC)内部形成复杂的孔隙结构。为了进一步揭示冻融作用下再生保温混凝土的劣化机理,在宏观试验的基础上,通过CT扫描细观试验分析了不同再生粗骨料取代率的RATIC试件在冻融作用下的裂缝发展规律和孔隙特征。试验结果表明:新旧水泥砂浆界面过渡区是冻融循环作用下RATIC的薄弱环节,试件内部多数裂缝产生于新旧水泥砂浆界面过渡区;试件的相对孔隙率是定量反映RATIC试件内部冻融破坏规律的重要指标。     

再生粗骨料附着砂浆含量对再生混凝土抗冻耐久性的影响

选取五种不同附着砂浆含量的商用再生粗骨料在全取代天然粗骨料条件下制备C40再生混凝土,探讨了30%极限拉应力水平下,再生粗骨料附着砂浆含量对再生混凝土抗冻耐久性的影响规律,通过数学拟合确定了基于相对动弹性模量和抗冻耐久性指数要求的砂浆界限含量。结果表明:冻融循环后,再生混凝土抗压强度损失率与附着砂浆含量存在较强线性关系;再生混凝土质量损失率、相对动弹性模量、抗冻耐久性指数均与再生粗骨料附着砂浆含量呈二次函数关系;以冻融循环300次后再生混凝土相对动弹性模量降至60%为限值,获得对应的砂浆界限含量为49.52%(质量分数);以不同设计使用年限及不同冻融工况所规定的抗冻耐久性指数作为界定条件,得到了再生混凝土在拉应力条件下满足相应抗冻耐久性指数的砂浆界限含量。最后,通过搜集文献数据验证了本研究结果的合理性。     

氯盐冻融耦合作用下再生混凝土损伤劣化规律

为了研究严寒盐渍环境中再生混凝土的损伤劣化规律,制备了再生粗骨料质量替代率为0%、50%、100%的再生混凝土进行氯盐冻融耦合作用下的试验研究,从外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度等方面探讨混凝土损伤劣化规律。结果表明,氯盐冻融对再生骨料混凝土的破坏随再生骨料替代率的增加而增大。与冻融循环0次相比,冻融循环200次时100%替代率再生混凝土的质量损失率、相对动弹性模量、相对抗压强度分别下降为6.8%、54.2%、50.5%。建立了以抗压强度损失率为损伤变量的线性演化模型,模型可以较好地表征氯盐冻融作用下再生混凝土的损伤劣化规律,为严寒盐渍地区再生混凝土使用提供理论依据。     

Biaxial compression in carbon-fiber-reinforced mortar, sensed by electrical resistance measurement

The stress-sensing behavior of carbon-fiber-reinforced mortar under biaxial compression was found to be different with that under uniaxial compression. For both the case of uniaxial compression and the case of biaxial compression, with an increase in the compressive stress, the fractional change in resistance in any direction decreases gradually at first, and then increases with increasing stress. But the stress level at which the fractional change in resistance starts to increase, referred to as the critical stress in this paper, varies with the loading style and the direction in which the resistance is measured. The critical stress related to the biaxial compression and the stress direction is larger than that related to the uniaxial compression and the stress direction. But on the other hand, the critical stress related to the biaxial compression and the direction other than the two stress directions is less than that related to the uniaxial compression and the direction other than the stress direction. The piezoresistivity of carbon-fiber-reinforced mortar under biaxial compression is more sensitive than that under uniaxial compression.     

持续荷载与冻融循环耦合作用下纤维混凝土损伤性能研究

为了研究纤维混凝土在持续荷载与冻融循环耦合作用下的损伤性能,开展了不同压应力水平(0、0.3、0.5)作用下的纤维混凝土冻融循环试验,研究了不同应力水平作用下试件质量损失、相对动弹性模量和抗压强度损失等参数随冻融循环次数的变化规律。结合损伤力学,以超声波波速为损伤变量,分析了冻融损伤与荷载耦合作用的变化关系,并基于Weibull分布建立了冻融损伤预测模型,推导出冻融损伤与抗压强度的演化方程。结果表明,随着冻融循环次数的增加,冻融损伤程度表现出加剧上升的现象,应力水平为0.3的耦合作用能减小纤维混凝土的冻融损伤,应力水平为0.5的耦合作用会进一步加剧纤维混凝土的冻融损伤。建立的损伤预测模型具备较高的可行性,能够较精准预测不同冻融循环次数后的损伤,推导的演化方程相关性较好,能灵活实现损伤与强度之间的转化。     

活性复合掺合料对水泥胶砂抗侵蚀性能影响

以防腐阻锈成分、粉煤灰、矿渣粉等量取代部分水泥,研究单掺防腐阻锈成分、双掺粉煤灰和矿渣粉以及复掺三者时对水泥胶砂抗蚀系数、电极电位的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)对不同复合掺合料水化产物和表面特征进行分析.试验结果表明:单掺FZJ的水泥胶砂,当掺量为6%时,其初始抗蚀系数比未掺的基准水泥胶砂高20%;双掺粉煤灰与矿渣粉的水泥胶砂,当两者掺量为65%时,100次循环后抗蚀系数远高于基准水泥胶砂,抗蚀效果显著;三者复掺最佳替代水泥量为71%时,56 d电极电位曲线趋向钝化,水泥胶砂的抗氯盐锈蚀效果最显著.电镜分析表明:防腐阻锈成分对粉煤灰、矿渣粉实现了碱改性,增加其二次水化活性,使三者复合掺合料的砂浆试块抗侵蚀性能随养护龄期的增长更加显著,为在氯盐、硫酸盐环境下矿物掺合料砂浆或混凝土耐久性研究提供应用技术.     

冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型研究

为研究冻融循环作用下沙漠砂纤维混凝土的损伤模型,对沙漠砂纤维混凝土进行0次、25次、50次、75次、100次、125次及150次的快速冻融试验,分析不同冻融循环次数后沙漠砂纤维混凝土相对动弹性模量、抗压强度及劈裂抗拉强度的衰减规律。结合试验数据,基于指数函数和二次函数建立沙漠砂纤维混凝土的冻融损伤劣化模型。结果表明:与沙漠砂混凝土相比,掺入聚丙烯纤维的沙漠砂混凝土的抗冻融能力有效提高;相对动弹性模量随冻融循环次数的增加而下降;与未冻融相比,150次冻融循环后,沙漠砂纤维混凝土的抗压强度降低了49.5%,劈裂抗拉强度降低了70.13%;建立了两种冻融循环下沙漠砂纤维混凝土损伤模型,其计算值与试验值吻合较好,可为沙漠砂纤维混凝土在严寒地区的应用提供理论参考。     

聚丙烯纤维增强水泥砂浆力学性能试验研究

为研究聚丙烯纤维掺入量对不同养护龄期的水泥砂浆试件变形破坏规律的影响,对水泥砂浆试件进行单轴压缩实验,同时利用数字散斑相关方法(DSCM)、扫描电子显微镜(SEM)对试件侧向变形场、断口形貌进行细观观测.结果表明:试件养护龄期相同时,抗压强度随聚丙烯纤维掺量增加呈先增加后减小趋势,在设置的变量梯度范围内,纤维最优掺量为0.5%;掺入聚丙烯纤维的试件峰后表现出明显的塑性特征,峰后广义刚度系数变化量较大;试件侧向变形场演化过程分为四个阶段:均匀阶段、成核阶段、变形局部化阶段、破坏阶段;聚丙烯纤维与水泥砂浆的粘结强度弱于砂粒与水泥的粘结强度,含聚丙烯纤维的试件在破坏形态上表现出"裂而不断"的特点.提出了含聚丙烯纤维水泥砂浆的微观胶结接触模型,模型的力学关系较好的解释了聚丙烯纤维试件峰后塑性提高的特征.     

纳米SiO2-CSA-OPC复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能研究

为了研究纳米SiO₂-硫铝酸盐水泥-普通硅酸盐水泥(NS-CSA-OPC)复合修补砂浆的抗盐渍土侵蚀性能,采用在NaCl溶液、Na₂SO₄溶液及NaCl-Na₂SO₄复合溶液下的长期半浸泡试验模拟盐渍土侵蚀环境,以加速侵蚀NS-CSA-OPC砂浆试件。试验测试了3种侵蚀环境下,NS-CSA-OPC修补砂浆质量、相对动弹性模量、抗压耐蚀系数及氯离子含量的变化规律。结果表明:NS-CSA-OPC砂浆在3种侵蚀溶液中均表现出良好的抗侵蚀能力,浸泡270 d后体系的抗压耐蚀系数仍大于1.0;在长期半浸泡试验过程中,3种侵蚀溶液对NS-CSA-OPC砂浆的腐蚀程度由大到小依次为Na₂SO₄溶液＞NaCl-Na₂SO₄复合溶液＞NaCl溶液;氯盐的存在对硫酸盐的侵蚀膨胀破坏有一定的减缓作用。     

铝土矿选尾矿制备硅铝聚合材料的反应产物及抗化学侵蚀性能(英文)

以煅烧铝土矿选尾矿为硅铝质原料,以矿渣微粉为促硬剂,以水玻璃为激发剂,制备得到了硅铝聚合材料。运用X射线衍射、扫描电镜、热分析研究了硬化浆体的反应产物及其微观形貌、热性质。通过观察3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液、5%硫酸溶液、5%盐酸溶液对砂浆试样外观、质量、强度的影响,研究了其抗化学侵蚀性能,并比较了其与铝酸盐水泥、快硬早强硫铝酸盐水泥、中抗硫酸盐硅酸盐水泥及矿渣硅酸盐水泥的区别。结果表明:反应并不生成晶体物质,而是无定形态的铝硅酸盐;硬化体中呈现片层状显微形貌的物质能够吸附水分,从而在灼烧过程中表现为脱水吸热及质量损失;该片层状物质随着龄期的延长而变得愈发细小和复杂,进而在宏观上表现为强度增长及脱水温度升高;硅铝聚合砂浆分别经3%硫酸钠溶液、3%硫酸镁溶液浸泡28d后,与各水泥砂浆试样比较,其不仅外观完整,而且强度并没有下降,反而具有几乎相同的强度增长,即说明其具有更优异的抗硫酸侵蚀性能;硅铝聚合砂浆与各水泥砂浆经稀酸溶液浸泡28d后,前者不仅能保持原始外观,而且表现为更低的质量及强度损失。