水泥及水泥基复合材料的机敏性研究

主要从水泥及基复合材料的压敏性，温敏性和电磁屏蔽等三个方面综述了这一领域的研究现状。     

机敏水泥基复合材料研究进展

介绍了机敏水泥基复合材料的研究背景与最新进展，重点讨论了碳纤维水泥基复合材料自诊断性能与应用。     

连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性研究

修补和加固的在役混凝土结构需要有效的手段来监测和评定其安全状况。研究了连续碳纤维增强水泥基复合材料三点弯曲梁在不同加载方式下,其电阻与变形之间的变化规律,探究连续碳纤维增强水泥基复合材料的传感特性。结果表明,连续碳纤维增强水泥基复合材料试样的应变-电阻敏感度高于电阻应变片,线性度、滞后性较好,蠕变小,稳定性较好。据此,可将连续碳纤维增强水泥基复合材料用来制作感知结构损伤的传感器,实现对大型土木结构的在线健康监测。如果将其用作修补材料,那么在修补加固破损结构的同时,还可利用其应变-电阻敏感性长期在线动态监测结构的损伤及修补质量。     

水泥基碳纤维复合材料压敏性的研究

研究了在不同压力下掺有碳纤维的特制水泥试块的电阻率.结果表明,随着压力的增大,电阻率变化存在可逆感应阶段、平衡阶段和剧增阶段,反映了试块内原有缺陷裂纹的闭合张开、新裂纹的萌生和裂纹的扩展破坏,并从导电机理上进行了分析.碳纤维水泥试块的这种特性,使其可作为一种本征智能材料,用于混凝土大坝等工程的无损检测.     

碳纤维水泥基复合材料的阻-温特性

研究了碳纤维水泥基复合材料的阻-温特性。发现当温度低于某一特定值时，电阻率随温度的升高而单调降低(NTC效应)。超过此值时，则表现为电阻率随温度升高而大幅度单调增加(PTC效应)。普通水泥基材料不具有相应的阻-温特性．     

导电功能集料碳纤维水泥基复合材料及其压敏性能

利用石墨粉和粘土基质烧制成导电陶粒,与碳纤维共同组成复合导电相,制备得到导电功能集料碳纤维水泥基复合材料。采用Instron5882材料试验机,动态电阻应变仪和直流稳压电源测试系统研究了其压敏性,发现压应力对其电阻值有显著影响;从开始加载至破坏全过程电阻值变化表现出均匀下降、平衡和迅速上升3阶段;在低加载应力循环下材料电阻变化值与应力有良好相关性,高加载应力循环下因损伤裂纹的不可复原性而使电阻出现不可逆增加;加载速率对电阻变化也有影响,低加载应力时加载速率影响较小,高加载应力时影响较大。     

碳纤维增强水泥基复合材料的应用研究

本文介绍了碳纤维在国内外土木建筑中的应用。分别叙述了短切碳纤维混凝土在建筑中的应用以及试验研究的情况。     

碳纤维水泥基复合材料的正、负压敏性及其机理分析

对碳纤维水泥基复合材料的压敏特性进行了实验研究。结果发现, 在含水量不同的情况下, 碳纤维水泥基复合材料分别具有正、负两种压敏特性。含水量较高时, 碳纤维水泥基材料的电阻相对变化率随应力的增大而增大, 随应力的减小而减小, 表现出正压敏性。而含水量较低时, 电阻相对变化率随应力的增大而单调减小,随应力的减小而单调增大, 表现出负压敏性, 进而提出了一种双效应机理, 并对这一物理现象进行了合理解释。      

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的电学特性

综述了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)电学特性的研究进展,探讨了CFRC的电磁屏蔽性能和导电性能研究中的相关问题,阐述了原材料、配合比和表面处理对CFRC电磁屏蔽性能的影响,明确了碳纤维分散性和试验方法对CFRC导电性能的影响规律以及CFRC在工程结构中的应用状况,展望了CFRC的发展方向,指出碳纤维分散性、测试方法、温度和应力等多因素条件是CFRC电学特性将来的研究重点.     

连续炭纤维增强杂萘联苯聚醚砜酮共混树脂基复合材料力学性能

为了研究树脂共混改性对连续炭纤维增强高性能热塑性树脂基复合材料性能及破坏模式的影响,以二氮杂萘联苯结构聚醚砜酮(PPESK)及其共混树脂为基体,T700 炭纤维为增强纤维,通过溶液预浸,热压成型工艺制备单向复合材料。通过对共混树脂溶液黏度测试,复合材料样条三点弯曲、层间剪切和孔隙率试验,并借助SEM断面形貌分析,研究了聚醚酰亚胺(PEI)和聚醚砜(PES)的加入对PPESK复合材料力学性能以及受力破坏模式的影响。结果表明,PEI或PES的加入使复合材料的力学性能提高,孔隙率降低,复合材料受力破坏模式由脱粘破坏向树脂基体内部破坏转变。      

碳纤维增强水泥基复合材料的制备及热电性能研究

将不同含量(0.5%,1.0%,1.5%(质量分数))的碳纤维掺入到硫铝酸盐水泥基体中,制备了碳纤维增强水泥基复合材料。通过SEM、阿基米德排水测试法、四探针法等手段,研究了碳纤维含量对增强水泥基复合材料断面结构、抗弯强度、孔隙率、电导率、热导率和塞贝克系数的影响,并模拟太阳辐射进行了能量收集实验。结果表明,碳纤维均匀地分布在水泥基体中形成网格结构,碳纤维与水泥基体有很强的结合力。当碳纤维含量由0.5%(质量分数)增加到1.5%(质量分数)时,水泥基复合材料的抗压强度由71.36 MPa增加到106.51 MPa,增长了49.26%;孔隙率由0.8%增加到2.0%,增长了150.0%;电导率由0.0214 S/m增加到0.2408 S/m,增长了1025%;热导率由0.261 W/(m·K)减小到0.210 W/(m·K),减少了19.54%;塞贝克系数迅速增大,最大为1.22×10^4μV/K。当碳纤维含量为1.5%(质量分数)时,厚度为20 mm的水泥基复合材料每1 m^2可输出5~6μW的功率;在400 min辐照下,试样表面温度迅速达到70℃左右,1 m^2水泥基复合材料面板上收集到的能量高达8.1×10^-6 J。由此可知,碳纤维含量的增加,极大地提高了碳纤维增强水泥基复合材料的热电性能。     

掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的导电及压阻特性

利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料(CCCW)的碳纤维石墨水泥基复合材料试样(40 mm×40 mm×40 mm)的导电特性及其在循环荷载作用下的压阻特性,分析讨论了碳纤维石墨水泥砂浆的体积电阻率及压阻特性随石墨掺量的变化规律。碳纤维和CCCW的掺量分别为水泥质量的1%和4%;石墨掺量分别为水泥质量的0%、10%、20%、30%、40%和50%。结果表明,添加CCCW的碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率随石墨掺量的增加迅速下降,并存在渗滤现象,渗滤阈值为20%左右。在循环荷载作用下,不同石墨掺量试样的电阻和应力存在一定的对应关系。石墨掺量为水泥质量的20%～30%时,碳纤维石墨水泥砂浆试样的体积电阻率与压应力呈现良好的可重复性,电阻值在应力加载时几乎呈线性下降,而卸载时增加。     

沥青基炭纤维γ-射线改性对炭/ 炭复合材料力学性能的影响

为了提高沥青基炭纤维表面活性, 采用γ-射线辐照对沥青基炭纤维表面改性。用AFM、XPS 研究了γ-射线辐照改性后沥青基炭纤维表面结构的变化, 用浸润仪测定了改性前后沥青基炭纤维表面能的变化。研究了γ-射线辐照沥青基炭纤维对炭/ 炭复合材料力学性能的影响, 并用SEM 分析了炭/ 炭复合材料断口形貌。结果表明,γ-射线辐照使炭纤维表面含氧官能团和表面粗糙度增加, 提高了沥青基炭纤维的表面能; 降低了炭/ 炭复合材料孔隙率, 提高了炭/ 炭复合材料力学性能。     

掺碳系屏蔽介质的水泥基复合材料的屏蔽性能研究

以石墨、炭黑、碳纤维和纳米碳管等为屏蔽介质,采用不同的方法分散碳系屏蔽介质,然后掺入到水泥材料中制得水泥基复合屏蔽材料,研究了普通碳系屏蔽介质对屏蔽性能的影响及碳纤维和碳纳米管掺量的变化与屏蔽效能之间的关系;利用四探针测试仪、电子探针等手段表征了复合材料的电导率和屏蔽介质的分散均匀性.结果表明,掺碳纤维的水泥基复合材料...     

超声波在碳纤维水泥基材料制备中的应用研究

为提高碳纤维在水泥基复合材料中的分散性,提出了两种改进的超声波辅助制备工艺——超声波分散纤维和超声波分散纤维加少量硅灰.应用电阻测试法评价了这两种工艺对碳纤维水泥浆的匀化效果,同时研究了超声波处理时间对复合材料匀化效果的影响.研究结果表明:由于超声波空化作用和机械作用可使纤维得到预分散,两种改进的超声波辅助制备工艺都可以提高碳纤维水泥基复合材料的均匀性;而且超声波处理时间越长,匀化效果越好,但达到一定时间后,匀化效果趋于饱和.     

高性能T800碳纤维复合材料树脂基体

在分析T800 碳纤维表面上胶剂的基础上, 系统研究了适用于制备高性能T800 碳纤维复合材料的树脂基体, 测试了树脂浇注体及其复合材料的力学性能和热机械性能, 研究了树脂基体对T800 碳纤维复合材料界面性能的影响。结果表明, T800 碳纤维表面上胶剂中酯基含量较高, 与缩水甘油酯类环氧树脂有良好的界面相容性, 经复配和优化的树脂体系其T800 碳纤维复合材料的层间剪切强度达到138 MPa , NOL 环拉伸强度达到2530MPa , 玻璃化温度( Tg ) 达到213 ℃, 具有优异的界面性能和耐热性能。      

碳纳米管水泥基复合材料电学性能数值模拟

采用ANSYS12.0和蒙特卡洛随机方法构建了碳纳米管水泥基复合材料的有限元模型,并基于有限元法分析了碳纳米管长径比、直径和掺量对复合材料有效电阻率的影响,并在此基础上通过有效介质方程对有效电阻率数值解和电阻率实验值进行了拟合。数值计算结果表明,碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率的有限元解与解析解较为一致,证明采用有限元法进行电学分析具有可行性;碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率随碳纳米管掺量和碳纳米管长径比增加而减小,随着碳纳米管直径的减小而减小;有效介质方程对碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率实验值和有限元数值解拟合曲线变化趋势是一致的。     

碳纤维增强水泥基复合材料的吸波性能研究

利用弓形反射法(NRL)测试了碳纤维掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%(质量分数)时碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4～8GHz和高频段8～18GHz时的反射率,讨论了纤维掺量、频率、反射率之间的关系.结果发现,在纤维掺量相同条件下:低频段时,反射率＜-10dB,CFRC表现出吸波性;高频段且纤维掺量超过0.6%(质量分数)时,反射率＞-10dB,CFRC对电磁波表现出反射性.随着纤维掺量的增加,低频段时反射率先降低、后又有所回升,吸波性由弱变强、又变弱,纤维掺量为0.6%(质量分数)时出现最小反射率-15.0dB;高频段时反射率总体上呈上升趋势,材料对电磁波的反射性越来越强,纤维掺量为0.4%(质量分数)时出现最小反射率-19.4dB.     

碳纤维的分散性与CFRC复合材料的导电性

借助超声波和新型分散剂羟乙基纤维素的预分散,实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散,在扫描电镜下观察了硬化试件的断口形貌,讨论了碳纤维掺量、长度、水灰比对碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)导电性的影响.结果发现,CFRC的电阻率随碳纤维掺量的增加呈下降趋势,随水灰比的增加先降低后逐渐上升;采用振动压制成型时,电阻率比振动成型时大幅度下降.