磁选粉煤灰对CFRC压敏性的影响

改善碳纤维增强水泥(CFRC)的压敏性有助于提高其感知应力应变的能力。采用两电极法研究了磁选粉煤灰部分取代水泥对CFRC压敏性的影响,分析了磁选粉煤灰掺量、铁氧化物含量等因素影响CFRC压敏性的规律及机理。结果表明,碳纤维质量掺量≤0.8%时,用铁氧化物含量达到30%的磁选粉煤灰取代20%～30%的水泥来制备CFRC时可以显著改善CFRC的压敏性;碳纤维质量掺量为1.2%时,掺加磁选粉煤灰不利于提高CFRC的压敏性;磁选粉煤灰对采用最大长度为3和5mm的碳纤维制备的CFRC的压敏性具有显著改善效果。掺加适量磁选粉煤灰使CFRC在碳纤维掺量较低时仍然可以获得良好压敏性,并显著降低CFRC的制备成本。     

CFRC梁拉敏性试验研究

碳纤维混凝土（CFRC）是在普通混凝土中均匀加入一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维而构成的一种同时具有良好力学性能和机敏性能的本征型智能材料．由于碳纤维具有导电性能，把碳纤维加入混凝土中能改善混凝土的导电性。通过试验，研究了将碳纤维加入普通的钢筋混凝土梁后构件的拉敏性能，试验结果表明，CFRC构件的电阻变化与荷载、应变、挠度、裂缝发展具有相应的对应关系，并通过试验数据，回归出CFRC电阻变化与构件荷载之间的对应关系，为CFRC在结构健康监测中的应用提供了理论依据和量化关系。     

混凝土路面温度自诊断特性的实验研究

本文提出了通过在普通混凝土路面结构中埋入碳纤维混凝土（CFRC）试块,利用碳纤维混凝土电阻的温敏反应,来实施混凝土路面结构温度的在线实时自诊断。主要研究了其自诊断规律、可重复性及碳纤维含量对自诊断特性的影响。实验结果表明,Inρ与1／T成线性关系;含0．6wt.%碳纤维的CFRC具有较高的敏感性和良好的可重复性。     

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.     

碳纤维/ 水泥基复合材料微观结构及机敏特性

以普通硅酸盐水泥为基体材料, 以碳纤维为功能组分, 采用压力成型法制备了碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC) 。用SEM 和孔结构分析仪对复合材料的微观结构进行了分析, 同时研究了其机敏特性。结果表明:较大成型压力制备的复合材料孔隙率明显低于较小成型压力制备的复合材料。不同成型压力制备的复合材料电阻率均随温度升高而呈先增大后减小的趋势。较小成型压力制备的CFRC , 其临界温度为75～100 ℃; 较大成型压力制备的CFRC , 其临界温度为100～120 ℃。循环载荷下, 碳纤维水泥基复合材料电阻的相对变化与载荷之间呈现明显的一一对应关系, 较大成型压力制备的CFRC 在每个循环过程中电阻相对变化的幅度明显大于较小成型压力制备的CFRC , 更适合应用于结构的实时、动态的健康监测和损伤评估。      

CVI处理短碳纤维在CFRC中分散性的评价

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是一种新发展起来的、很有潜力的功能材料.丙烯作前驱体,对短碳纤维在高温下(900～1300℃)进行100个小时左右的化学气相浸渍(CVI)表面处理,丙烯在高温下分解,生成热解碳,沉积在碳纤维表面.借助超声波预分散技术及新型分散剂羟乙基纤维素(hydroxyethyl cellulose,HEC)和超细颗粒硅灰的分散作用,实现了CVI处理碳纤维在水泥基体中的均匀分散.HEC水溶液的质量分数控制在1.56～1.77%之间为宜.分别运用扫描电镜法(SEM)、新拌料浆法(FM)、硬化试件电阻率测试法(ERM)及模拟试验法(SE)四种方法评价了CVI处理后短碳纤维的分散性.每种方法均有自身的优缺点和适应环境,四种方法中,模拟试验法(SE)是评价制备CFRC复合材料前期、碳纤维第一步分散的最方便的方法,此法不仅可节约时间和大量的原材料,而且可预测制备CFRC过程中应选择何种分散剂及碳纤维第二步分散的情况.     

碳纤维水泥基材料电阻的非线性研究

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC) 非线性电阻的伏安特性,并着重讨论了不同的碳纤维掺量和温度对CFRC材料电压-电阻关系的影响.结果表明:在较小外加电压下(＜2V)CFRC材料的电压-电阻曲线会出现明显的平台区,随着电压的进一步增大,其电阻逐渐降低呈现非线性特性.相同纤维掺量的水泥基材料随温度的升高其电压-电阻曲线下降斜率基本保持不变,但初始电阻值下降;而在温度保持不变时,随碳纤维掺量的增加,电阻随电压下降的趋势逐渐减缓.     

短碳纤维的分散性对CFRC力学性能的影响

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)是一种新型建筑智能材料,碳纤维在水泥基体中的分散性直接影响着它的力学性能.借助超声波和甲基纤维素(MC)分散剂,实现了短碳纤维在水泥基体中的均匀分散,对所制备的CFRC复合材料的断口形貌作了SEM观察;测试了试件的抗压强度、抗拉强度和抗折强度.结果发现,碳纤维均匀分散时,复合材料的抗压强度提高19%,抗拉强度比不加碳纤维时提高2.2倍,弹性模量提高1.4倍.此外,复合材料的抗弯强度、抗折强度均高于未均匀分散时的强度.     

基于隧道效应的CFRC 材料的导电模型

从碳纤维增强水泥基(CFRC) 材料导电机理出发, 建立了一个描述CFRC 材料导电性的数学模型, 并推导了这种材料电导率与材料内部微观结构参数、载流子运动参数的关系。以该模型分析CFRC 材料的力敏性, 其理论规律与实验结果基本一致, 从而验证了CRFC 导电模型的合理性。      

磷酸盐水泥碳纤维复合材料的导电性能研究

以高掺量粉煤灰磷酸盐水泥为基体,短切碳纤维为功能材料,制备出了磷酸盐水泥碳纤维复合材料(PCFC),同时制备了碳纤维硅酸盐基复合材料(CFRC),并利用压力试验机、交流电桥和SEM对二者的基本力学性能、导电性能及内部碳纤维分布进行了对比研究。此外还考察了碳纤维掺量、龄期对PCFC导电性能的影响。结果表明,PCFC相比CFRC在同等碳纤维掺量的情况下力学增强效果更好、导电性能更为优越;机理分析表明PCFC中存在二次"渗流"现象,而CFRC试体中则没有。SEM照片显示碳纤维掺量较高时,PCFC中的碳纤维分散得更好;龄期实验结果表明,当碳纤维掺量超过1.4%时,龄期对PCFC的导电性影响较小,具有良好的导电稳定性。     

碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)

一、前言国外CFRC的研制始于70年代初,至今已有二十余年,其发展过程可分为两阶段.从72年到80年初,这阶段主要是用PAN基碳纤维丝以单向排布方式增强水泥,取得了许多有意义的研究结果,但由于PAN基碳纤维价昂,没有开发CFRC的实际应用.80年代初,沥青基通用型碳纤维商品上市,价格便宜,开始了短切沥青基碳纤维增强水泥的研究,特别是轻质CFRC的实际应用取得了重大进展,使CFRC的开发进入一个新阶段,     

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.     

碳纤维水泥基复合材料Seebeck效应研究现状

具有显著Seebeck效应的碳纤维水泥基复合材料(Carbon fiber reinforced cement-based composites,简写为CFRC)近年来受到广泛关注。综述了CFRC的导电机理、Seebeck效应强化途径及其工程应用前景。CFRC的载流子类型主要包括离子、电子和空穴,并以空穴为主。碳纤维/碳纳米管掺杂,CFRC的Seebeck系数可提高至约30μV/℃;钢纤维掺杂水泥基材料表现为n型半导体,其Seebeck可达68μV/℃;金属氧化物Bi_2O_3掺杂可将CFRC的Seebeck系数稳步提高到100.28μV/℃,而ZnO和Fe_2O_3掺杂可使CFRC的Seebeck系数分别增大到3 300μV/℃和2 500μV/℃。这些研究有效地促进了CFRC在城市室外热量的转换收集、工业余热能量收集和长寿命结构健康监测传感器等领域的研究与发展。     

碳纤维水泥基材料的电热效应

研究了碳纤维水泥基材料(CFRC)的电热效应,包括最大温升与外加功率的关系、升温规律和降温规律等。结果表明:CFRC材料的最大温升与其外加功率满足良好的线性关系;其升温曲线和降温曲线可由特定的表达式来描述,且外加功率越大,升温速率越大。这一研究对碳纤维水泥基材料在海工工程上的应用具有重要意义。     

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.     

碳纤维水泥基机敏复合材料的电阻测试研究

研究四电极法中电极位置、电流大小、交直流等对碳纤维水泥基复合材料(CFRC)圆柱试样电阻率测试的影响.研究表明,四电极法测CFRC电阻率时,只有当电流电极离电压电极不小于两电压电极之间的距离时,电流电极的位置不影响电阻率的测试结果.当电流小于1 mA时,电流大小对电阻率测试结果影响较小.采用交流电流测得的电阻率比用直流测得的值小;采用两电极法时,CFRC不同部位间的电阻不满足叠加关系,而用四电极法测试时则满足叠加关系.CFRC在密实成型过程中,碳纤维在水泥石中沿高度不均匀分布.     

纳米碳纤维增强混凝土动态劈拉破坏的能耗规律研究

采用Φ100 mm SHPB试验装置对纳米碳纤维(CNFs)体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%的纳米碳纤维增强混凝土(CNFRC)进行了动态劈拉试验，分析了CNFRC动态劈拉破坏的能耗规律，并与碳纤维(CFs)体积掺量为0.3%的碳纤维增强混凝土(CFRC)进行了对比分析。结果表明：在动态劈拉破坏过程中，随着入射能平均变化率的增大，混凝土的应变率不断增大。采用二次多项式能较好地拟合应变率随入射能平均变化率的变化规律。CNFs可“加固”混凝土内部结构，从而使得CNFRC的应变率较普通混凝土小。CNFRC的吸收能具有明显的应变率效应和入射能平均变化率效应。在分析混凝土内部能量耗散时，建议采用入射能平均变化率作为自变量。CNFs可以提高混凝土的吸能特性和强度。入射能平均变化率相同时，随着CNFs掺量的增大，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均先增大后减小。CNFs掺量为0.3%时，CNFRC的吸收能和动态劈拉强度均最大。入射能平均变化率相同时，CNFs对混凝土强度的提高效果较CFs差，对混凝土吸能特性的提高效果接近CFs。     

碳纤维增强水泥基复合材料的压阻效应

试验研究了短切碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)的压阻效应, 获得了正、负两种压阻效应相互转换的全过程。从隧道效应和孔隙的连通性角度对该现象的产生机理进行了探讨。结果表明, 在连续烘干和单向循环加载条件下, CFRC的压阻效应会随含水量变化而发生改变。多数情况下, CFRC的体积电阻率随压应变单调减少, 压阻效应为正。含水量越少, 正压阻效应越明显。当含水量减少到约3.19%~4.04%的范围时, CFRC的体积电阻率随压应变单调增加, 压阻效应为负。与正压阻效应相比, 负压阻效应表现更强。CFRC的正、负压阻效应及其相互转换是隧道效应和孔隙连通性两方面相互影响的必然结果。      

低速冲击下纤维混凝土梁的动力学特征与断裂耗能研究

随着各类型短切纤维的生产成本的降低，纤维混凝土得到大规模发展且应用领域不断扩展，为保证纤维混凝土在复杂环境的服役安全，该研究分别对素混凝土(plain concrete, PC)梁与纤维长度为6～8 mm且体积掺量均为0.30%的碳纤维(carbon fiber, CF)、玻璃纤维(glass fiber,GF)和玄武岩纤维(basalt fiber,BF)混凝土梁进行低速冲击试验，研究了普通混凝土梁和纤维混凝土梁的抗弯失效机理及断裂耗能。通过高速摄像机记录各试件梁的断裂破坏过程，提取并分析对比了跨中竖向位移时程曲线、加速度时程曲线及拉压应变时程曲线。详细分析了锤头冲击力和惯性力，并得到等效变形力-位移曲线，计算出各纤维混凝土梁断裂耗能。结果表明，各试件梁的破坏形态均为典型的弯曲破坏，均形成一条竖向主裂缝。GFRC梁断裂消耗的能量最多，相比于PC梁提高了88%。CFRC梁和BFRC梁消耗的能量分别相对于PC梁提高了43%和18%。该研究对不同类型纤维混凝土受弯构件在低速冲击工况下的力学性能与能量消耗方面的定量化研究结果可为纤维混凝土的工程推广应用提供参考。     

碳纤维水泥基材料与电极的接触电阻

论述了接触电阻的产生及其表征,并在试验的基础上分析研究了影响碳纤维水泥基材料(Carbon fiber reinforced cement,CFRC)与电极之间接触电阻的各种因素.研究表明:实际接触面积是影响接触电阻的主要因素,增大实际接触面积是减小接触电阻的一种可行方法.