石墨原矿导电混凝土的制备与性能研究

选取石墨、石墨原矿以及石墨尾矿为导电相材料制备导电混凝土，首先对石墨原矿混凝土基于正交试验进行配合比设计。试验结果表明，影响石墨原矿混凝土抗压、抗折强度以及电阻率的各因素主次顺序均为：石墨原矿掺量>水灰比>砂率>减水剂掺量，并得出最优配合比为水灰比0.52,砂率0.38,减水剂掺量1.4%。然后，对不同配合比的石墨、石墨原矿以及石墨尾矿混凝土进行抗压、抗折和电阻率试验。结果表明，3种混凝土抗压、抗折以及电阻率分别随着石墨类材料掺量的增加而降低，三者混凝土的电阻率均满足导电混凝土工程要求，当石墨原矿掺量为15%时，混凝土电阻率为10 950Ω·m可作防静电混凝土应用于工业防静电，电力设备接地等工程当中。     

导电炭黑Super-P对混凝土性能的影响

采用低成本和高稳定性的纳米导电炭黑Super-P (CBSP)作为水泥混凝土的添加剂。通过设置不同的水灰比和不同的CBSP掺量,研究了CBSP的加入对混凝土各方面性能的影响(即坍落度、力学性能、抗渗性能、导电性能和温敏性能)。通过SEM对混凝土微观形貌进行分析。实验结果显示,掺入纳米材料CBSP使混凝土坍落度不断降低。随着CBSP的掺入量不断增大,混凝土的力学性能先提升后降低且各龄期变化趋势相似,当CBSP的掺入量为0.75wt%时力学性能达到最大。同时混凝土的力学性能随水灰比的增加而降低。混凝土的抗渗性能随着CBSP掺量的增加而先提高后降低,且当水灰比较大时抗渗性能有所降低。当CBSP掺入量为0.75wt%～2wt%时,混凝土电阻率迅速降低。标准养护条件比室内干燥养护的混凝土电阻率低。不同水灰比混凝土之间电阻率相差较小。SEM显示了CBSP的填充孔隙和隧道导电作用。通过实验证明CBSP的加入可以改善混凝土的各项性能。     

浇注式导电沥青混凝土传导热效果

为实现浇注式沥青混凝土钢桥面铺装融雪化冰的目的,制备了浇注式导电沥青混凝土,提出了其传导热效果的测试方法,全面研究了电极布设方式、碳纤维撒布量、导电相材料掺量对浇注式导电沥青混凝土传导热效果的影响规律,对比评价了不同类型浇注式导电沥青混凝土单层板传导热效果,并回归拟合了浇注式导电沥青混凝土温度随通电时间变化的曲线。结果表明:浇注式导电沥青混凝土电极材料宜采用铝电极,电压输出方式为交流电源,输出大小宜为54 V;浇注式导电沥青混凝土最佳电极布设方式为竖向、碳纤维撒布量为170 g/m²、导电相材料掺量为0.8%;五种浇注式导电沥青混凝土中,竖向置入铜丝网混凝土传导热效果最优,铺设碳纤维带混凝土次之;在同一环境温度条件下,各类型混凝土中部的温度变化趋势与面层温度相同,基本呈线性变化。从而为浇注式导电沥青混凝土的工程应用奠定基础。     

三相导电混凝土掺料配比研究及评价

以钢纤维(Steel Fibre, SF)、碳纤维(Carbon Fibre, CF)、纳米炭黑(Nano-Carbon Black, NCB)为导电掺料,基于正交试验方法设计试验,测量每组配比下试件的电阻率与抗压强度,并采用层次分析法和灰色关联度法进行评价。结果表明,三相导电混凝土试件电阻率随SF、CF和NCB掺量的增加而降低;抗压强度随SF、CF掺量的增加而增加,而NCB反之;其中CF对电阻率和抗压强度的影响均最为显著。当SF、CF和NCB掺量分别为0.6%、0.3%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土达到渗流阈值;而综合评价后可知,当SF、CF和NCB掺量分别为0.9%、0.7%(体积分数)和0.6%(质量分数)时导电混凝土性能最好,其抗压强度提升31.8%,电阻率降低98.9%。     

短切PAN基碳纤维导电沥青混合料性能试验研究

为了确定碳纤维导电沥青混合料的合理碳纤维掺量,选用短切聚丙烯腈(PAN)基碳纤维作为导电相材料,通过大量室内试验分析了碳纤维掺量对导电沥青混合料AC-13C的马歇尔性能和导电性能的影响,并验证了其路用性能。结果显示,相同油石比下,随着碳纤维掺量的增加,导电沥青混合料的毛体积密度、沥青饱和度和马歇尔稳定度呈先增后减的变化趋势,空隙率和矿料间隙率呈先减后增的变化关系,而流值一直增大。通过对碳纤维掺量不同范围的沥青混合料分别采用AC、调整和SMA的技术标准,确定了合理的最佳油石比,且最佳油石比与碳纤维掺量之间呈良好的半对数相关关系。同时,在最佳油石比下,导电沥青混合料电阻率的对数与碳纤维掺量之间呈良好的幂函数关系,且0.1%碳纤维掺量的沥青混合料的各项路用性能指标均达到气候条件要求高的改性沥青混合料和SMA的技术要求。因此,适宜的碳纤维掺量对导电沥青混合料可起到优良的增强作用,并形成稳定的导电网络,综合各项性能和导电发热的技术要求,建议碳纤维的适宜掺量取0.1%。     

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。     

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。     

掺超细羰基铁粉的导电功能集料制备与性能

将超细羰基铁粉按一定比例与经粉磨处理的粘土粉等原材料混合,压制成型后经煅烧、破碎制备得到了导电功能集料;采用XRD、SEM等测试手段研究了导电功能集料的矿物相及微观结构,同时对其导电性能、气孔率和吸水率,以及其对碳纤维混凝土导电性能所起的作用等进行了研究。结果表明,超细羰基铁粉可作为导电相存在于陶质基体之中,电子通过隧道跃迁效应而在铁粉微粒间形成电流,6.5%的体积掺量是形成导电通路的逾渗阈值;超细羰基铁粉在煅烧过程中通过影响液相的形成而影响集料的气孔率和吸水率等;在同样碳纤维掺量下,导电功能集料与普通不导电集料相比可显著降低混凝土的体积电阻率。     

纤维及矿物掺合料对煤矸石混凝土力学性能的改性研究

以煤矸石全替代普通混凝土中粗骨料的煤矸石混凝土为基础,研究不同体积掺量的聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)及钢(ST)纤维对其力学性能的影响。选取最优力学性能下的纤维种类与掺量,继而探求其对单掺粉煤灰及粉煤灰/矿粉复掺替代部分水泥时的煤矸石混凝土力学性能的改性作用,得出最佳改性煤矸石混凝土配合比。结果表明,PVA、PP纤维掺量过多抑制了煤矸石混凝土的强度发展,存在最佳掺量,ST纤维在体积掺量为2%时,相较其他组可以最大幅度提高煤矸石混凝土的力学性能,其中对混凝土劈裂抗拉强度具有最佳改性效果。随着粉煤灰替代率的增加,降低了煤矸石混凝土的强度,30%替代率下粉煤灰/矿粉掺比为1∶2时煤矸石混凝土出现了矿物掺合料替代组合中的强度峰值,2%体积掺量的ST纤维对此时煤矸石混凝土改性后,使其达到了最优力学性能。     

纳米炭黑水泥砂浆的导电性与电热特性研究

研究了纳米炭黑水泥砂浆的导电性和电热特性.研究表明,当炭黑掺量＜2.5%时,随着炭黑掺量的增加,电阻率下降明显;炭黑掺量为2.5%时,炭黑水泥砂浆电阻率可达到102Ω·cm;而炭黑掺量＞2.5%时,电阻率下降趋缓.在炭黑掺量为5%左右电阻率基本不变,电阻率在30～40Ω·cm之间.与石墨粉相比,纳米炭黑做导电相只需较小掺量,就可制备满足电热功能应用的导电混凝土.当炭黑掺量＞1%时,龄期对电阻率影响小,其电阻比较稳定.炭黑水泥砂浆板电功率稳定、电热功能重复性好.     

导电沥青混凝土及其功能特性研究进展

为系统掌握国内外有关导电沥青混凝土的研究现状,通过调查现有导电沥青混凝土的添加材料、路用性能、功能特性、影响因素等,对比不同导电材料制备沥青混凝土的电导率特征,总结导电沥青混凝土的功能特性及其电导率影响因素。结果表明:国内外主要采用石墨、碳纤维、钢棉作为导电材料制备导电沥青混凝土,石墨对沥青混凝土的电导率提升效果最佳,碳纤维可提高沥青混凝土的路用性能;同时,导电沥青混凝土具有明显的压敏特性,感应加热可增强沥青混合料的抗疲劳性能,通电加热可快速提高沥青混凝土的温度,导电沥青混凝土的电导率主要受空隙率、环境温度、电极类型的影响。     

氟碳树脂基碳浆导电油墨的制备及性能研究

以氟碳树脂为基体,炭黑和石墨烯为导电填料,加上适量的助剂,共混制备了一种新型导电油墨并测试其导电性能和力学性能。借助电阻测试、万能试验机力学测试、铅笔硬度测试等分析手段,探讨了炭黑和石墨烯导电填料的添加量对导电油墨导电性能和力学性能的影响。结果表明:当炭黑和石墨烯用量分别为10%(wt,质量分数,下同)和7%时的混合导电填料制备的氟碳树脂基碳浆导电油墨性能最优,体积电阻率为0.28Ω·cm;当炭黑和石墨烯用量分别为10%和5%时,导电油墨材料的力学性能最好,拉伸强度达到14.3MPa,断裂伸长率达为192.7%。     

回收碳纤维混凝土导电性

碳纤维增强树脂复合材料从生产、服役到退役的整个生命周期都会产生巨量废弃物,带来了严重的环境污染与资源浪费问题。本文将生产过程中产生的废弃碳纤维掺加到混凝土中,研究其对混凝土强度及导电性的影响规律与机制。结果表明,回收碳纤维对混凝土强度改善效果不明显,这是由于工业碳纤维表面的涂层使其在混凝土拌合过程中更易聚集成束,不易分散。回收碳纤维的掺入可明显提升混凝土导电性,掺量为0wt%～0.3wt%时,干燥/吸水过程改变混凝土孔结构且C-S-H凝胶重新排列、局部收缩与部分不可逆特性使混凝土产生新的导电路径,电阻率随含水率降低呈现先升后降的趋势;掺量为0.4wt%～1.5wt%时,混凝土内部形成了稳定的物理接触导电网络,龄期及含水率对导电率无明显影响。     

氟碳树脂基导电涂料的制备及其性能研究

以氟碳树脂为基体,掺铝氧化锌粉体为导电填料,制备导电性能优良的单组份导电涂料。借助热重-差热、X射线衍射、电镜等分析手段,探讨了掺铝氧化锌粉体的添加量和导电粉体的改性对导电涂料电性能、热稳定性和力学性能的影响。结果表明,当用乙烯基三乙氧基硅烷和硅烷偶联剂改性的导电填料掺量为35%时,制备的导电涂料性能最优,其体积电阻率为8.89×108Ω·cm、拉伸强度和断裂伸长率分别为19.36 MPa和200.45%。     

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...     

钢纤维和碳纤维的混合效应对高性能混凝土力学性能的影响

通过在混凝土基体中加入一种纤维和混合纤维,制备了高性能混凝土试件和混合纤维高性能混凝土试件.通过劈裂抗拉强度试验和落锤冲击试验,研究了单掺钢纤维、单掺碳纤维和混合纤维对高性能混凝土试件劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响,分析了混合效应对试件力学性能的增强作用.劈裂抗拉强度试验结果表明,只掺入碳纤维,且碳纤维掺入量为1％时,...     

一种水性防静电涂料性能研究及其包装应用

以水性丙烯酸树脂为基体树脂,导电石墨、炭黑为混合导电填料,制备了一种水性防静电涂料。研究表明,炭黑和石墨混合的最优比例为20∶80,填料含量变化在5%~25%时,可有效调节涂层电阻率在102~1010Ω/cm2。同时探讨了环境温、湿度变化对导电效果的影响,以及防静电包装应用。     

不同导电相对混凝土裂缝智能化自监测的灵敏度与噪声水平的影响

采用四电极法测量了弯曲荷载作用下智能混凝土梁受拉侧裂缝扩展过程的电阻变化率(ρ_FCR)，对比了碳黑（CB）、钢纤维（SF）、碳纤维（CF）不同组合及掺量对裂缝自监测灵敏度系数(K)的影响；并基于分形理论研究了归一化处理后的电阻变化率-裂缝扩展宽度曲线(ρ’_FCR-w’_COD)的粗糙程度，以反映不同导电材料对监测信号电阻变化率-裂缝扩展宽度曲线(ρ_FCR-w_COD)噪声水平的影响。研究表明:用线性函数拟合混凝土裂缝智能化自监测信号ρ_FCR-w_COD曲线的效果较好，K可用拟合直线的斜率来表征；随着SF掺量的增加，试件的K随之减小；双掺SF与纳米CB试件表现出最佳的裂缝智能化自监测性能，适量纳米CB的掺入对混凝土裂缝监测的K值有提升作用，同时可降低ρ’_FCR-w’_COD曲线的噪声水平，随着CB掺量的增加，试件的K值呈现先增后减、分形维数D值呈先减后增的规律，纳米CB的最佳掺量为1.0~1.5 kg/m3；CF的掺入对K值有一定的负面影响，但掺入CF的试件裂缝监测信号D值随导电相掺量变化而变化的程度不大。      

新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%～8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。     

聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料的制备与表征

通过原位插层聚合制备了聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料,其室温导电渗滤阈值约为3%(质量分数),当膨胀石墨的质量分数为8%时,室温电导率可高达60 S/cm。通过TEM、SEM观察了复合材料的形貌,用DSC测定其热力学性能并探讨了不同外加电压对PMM A/膨胀石墨纳米导电复合材料体积电导率的影响,同时研究了复合材料的拉伸强度。