水泥基石墨钢纤维复合材料性能研究

利用钢纤维和石墨为导电相,采用水泥砂浆渗浇方法,成功配制出水泥及导电复合材料,即石墨水泥砂浆渗浇钢纤维混凝土(Graphite Slurry Infiltrated Fiber Concrete,简称GSIFCON)。研究了石墨和钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响规律,以及GSIFCON通电升温规律。试验结果表明,石墨及钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响均有明显的渗滤阈值存在。当石墨和钢纤维掺量在达渗滤阈值时,可使GSIFCON的电阻率降低约100倍。在66.66V/m电压降的绝热条件下,GSIFCON的温升速度可达10℃/h左右。本文对GSIFCON材料的电阻率变化机理进行了分析,提出了GSIFCON导电原理模型。     

石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土导电性能研究

利用钢纤维和石墨为导电相,采用渗浇工艺成功配制出水泥基导电复合材料,即石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土(graphite slurry infiltrated fiber concrete,简称GSIF-CON).试验研究了石墨和钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响规律.试验结果表明,石墨及钢纤维掺量对GSIFCON电阻率的影响明显,并均存在渗滤阈值.当石墨和钢纤维掺量达渗滤阈值时,可使GSIFCON的电阻率降低约100倍.通过对SIFCON(slurry infil-trated fiber concrete)和GSIFCON两种复合材料的电阻率变化机理进行分析,提出了SIFCON和GSIFCON导电机理模型.     

GSIFCON材料特性及对钢筋混凝土梁损伤监控试验研究

为了利用GSIFCON(Graphite Slurry Infiltmted Steel Fiber Concrete,石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土)智能材料检测构件内部的损伤,采用32组试块试验对GSIFCON的力学性能、不同掺量的钢纤维和石墨对GSIFCON强度和电阻的影响以及破坏过程与电阻变化的相关性进行了研究.采用GSIFCON与8根钢筋混凝土梁叠合的方法,测定了构件破坏过程中GSIFCON电阻的相对变化,来观测构件内部损伤情况.试验结果表明:石墨掺量每增加1%,GSIFCON强度下降3%～5%.石墨和钢纤维的掺量存在渗滤阈值.构件受拉区和受压区GSIFCON电阻相对变化与破坏过程有明显的对应性,受拉区较为敏感.100次循环加载结果证明,电阻相对变化与构件损伤过程始终保持对应关系,通过观察GSIFCON电阻相对变化情况,可对构件内部损伤进行监控.     

三相导电混凝土强度及导电性能试验研究

为优化碳纤维-钢纤维-石墨三相导电混凝土中三种导电材料的组成比例,试验研究了三种材料掺量以及石墨细度对混凝土抗压强度和导电性能的影响,并通过灰关联分析得出三种材料对导电性能影响的显著程度。结果表明,碳纤维掺量越大,混凝土导电性能越好,当碳纤维掺量大于0.8%时,电阻率趋于稳定,当碳纤维掺量为0.4%时强度最大,初步确定碳纤维掺量为0.4%;电阻率与碳纤维掺量之间呈对数规律变化;养护龄期越长,导电性能越差,当龄期超过21d后,导电性能趋于稳定;石墨颗粒越细混凝土强度越低,导电性能越好,其中石墨细度为400目和600目时导电性能极为接近;随着石墨掺量的增大,抗压强度和电阻率逐渐减小,当石墨掺量超过8%时,导电性能趋于稳定。综合确定碳纤维、钢纤维和石墨掺量分别为0.5%、0.8%和5%时,混凝土导电性能最好,同时具有较高的强度;三种导电材料对混凝土导电性能影响的显著程度是:碳纤维石墨钢纤维。     

直接电养护对混凝土性能的影响

以石墨和碳纤维为导电相材料,研究了石墨掺量（2%、4%）和养护方式（标准养护、直接电养护）对混凝土抗压强度和微观结构的影响,分析了直接电养护时间与试件内部温度和电阻率之间的关系。结果表明：掺入适量导电相材料可以改善混凝土的力学性能,提高混凝土的导电性能;直接电养护可以提高混凝土的内部温度,促进水化反应进程,提高混凝土的抗压强度,且对早期抗压强度的提高效果更大;随着直接电养护时间的增加,混凝土的电阻率不断增大,导电性能降低;直接电养护可以有效减小混凝土中凝胶孔的孔径,改善混凝土的孔结构。     

碳系导电材料对水泥净浆导电性能及微观机理的影响

研究了石墨、炭黑替代碳纤维对水泥净浆电阻率的影响,并通过SEM对其导电机理进行了微观分析.结果表明,石墨、炭黑分别替代10％、25％、40％、50％和60％的碳纤维时,水泥净浆的电阻率呈现波浪式变化,石墨最优替代比例约为40％,炭黑的最优替代比例为25％～40％;碳纤维掺量为1.0％时,碳纤维在水泥基材料中相互搭接形成良好的导电网络;石墨、炭黑适量替代碳纤维,可改善水泥净浆的导电性能,且碳系导电材料自身没有发生变化.     

石墨和碳纤维对混凝土导电性能的影响及机理分析

采用石墨和碳纤维作为导电相材料制备了导电混凝土,研究了导电相材料的掺量和掺入方式、水胶比、养护龄期以及施加电压对导电混凝土导电性能的影响。结果表明：单掺时,随着石墨或碳纤维掺量的增加,试件的电阻率降低,导电性能提高;复掺石墨与碳纤维试件的电阻率比单掺石墨或碳纤维的试件更低,导电性能更好,最佳复掺比例为石墨6%+碳纤维1.0%;试件的电阻率随着水胶比、施加电压的增加而减小,随着养护龄期的增加而增大;与单掺组试件相比,复掺组试件的电阻率受水胶比、施加电压和养护龄期的影响相对较小。     

碳纤维-石墨复合水泥基材料导电性能的试验研究

在石墨水泥基材料中掺入低电阻率且具有阻裂功能的短切碳纤维可以提高材料的导电性能.试验研究了环境温度、碳纤维长度及组合长度碳纤维等对石墨水泥基材料电阻率的影响.结果表明,碳纤维可以改善石墨水泥基材料的性能,组合长度碳纤维的掺入有利于材料导电网络的形成.     

掺石墨导电SMA的电学性能

以石墨为导电相材料,制备了导电沥青玛蹄脂碎石(SMA)混合料;设计了一种埋入式电阻测试方法,研究了掺石墨导电SMA的电学性能及导电机理.研究表明:石墨的掺入可有效改善SMA电学性能,通过分形模型可知:由于不同种类石墨的模型参数不同,其改善沥青混合料电学性能的效果不同;掺石墨导电SMA的电学性能稳定,不会随着时间的推移出现突变;随着石墨掺量的增加,导电SMA电阻率对温度的敏感性逐渐降低,线性C-I特性愈加明显;导电SMA的导电机理是导电通路、隧道效应和场致发射效应三者共同作用的结果,依据这3种导电机理可解释沥青混合料电学性能随外部因素变化的原因.     

石墨碳纤维导电混凝土制备及接地特性研究

选取碳纤维、石墨为导电相材料制备用于接地工程的导电混凝土,对石墨碳纤维导电混凝土的拌合工艺、配合比和接地特性进行了试验研究。结果表明,当碳纤维掺量0.6%、石墨掺量2%、单位用水量240 kg、砂率32%并采用半干拌法拌合工艺时,导电混凝土具有良好的导电性能和力学性能;混凝土电阻率随龄期增长趋于稳定,稳定值为1.62Ω·m左右,电阻率在-10～60℃范围内的变化幅度小于0.52Ω·m,随环境湿度变化电阻率的变化幅度小于0.28Ω·m,导电性能稳定;导电混凝土28 d抗压强度达到37.3 MPa,抗折强度达到5.0 MPa,满足接地材料的力学性能要求。     

混杂纤维高性能导电混凝土裂缝监测的试验研究

为了研究高流态高性能混凝土开裂后其导电性与开裂电阻之间的关系,以碳纤维和钢纤维作为复相导电材料与结构材料加入混凝土中用以改善其导电性能、韧性与抗裂性。通过试验分析,建立了混凝土梁在受弯荷载作用下电阻变化率与裂缝宽度的关系。研究表明:开裂后,混凝土电阻变化率与裂缝宽度呈线性关系。     

石墨砂浆注浆钢纤维混凝土长龄期耐久性能

石墨砂浆注浆钢纤维混凝土作为一种新型的导电智能混凝土材料,其长期耐久性一直是人们关注的焦点.对石墨砂浆注浆钢纤维混凝土材料的力学性能和导电性能进行了5年的连续试验测试.试验结果表明石墨砂浆注浆钢纤维混凝土抗压强度均有一定的提高.没发现钢纤维有明显锈蚀迹象.石墨砂浆注浆钢纤维混凝土的电阻率略有增高,但增加幅度均小于2Ω·cm.     

损伤自诊断机敏混凝土材料研究

具有机敏特性的水泥基复合材料日渐成为研究热点。本文研究了掺有碳纤维的混凝土材料在单轴受压和三点弯曲负荷下的电阻相对变化与材料内部损伤间关系，为开发具有自诊断功能的混凝土材料提供了材料基础。     

导电沥青混凝土的电热和力学性能研究

以碳纤维作为导电材料,以沥青混合料为基体,可以制备出导电性能优良,用于路面融冰化雪的沥青路面材料.研究其导电机理、电热性能以及在车辆荷载作用下内部应力分布.数值算例表明,导电沥青混凝土具有优良的力学性能,能满足道路行车需求,且在一定的输入电压下产热,可以融化路面冰雪,有效地抵制冰雪灾害对交通运输的不利影响.     

Research on the conductive asphalt concrete’s piezoresistivity effect and its mechanism

The piezoresistivity effect of conductive asphalt concrete (CAC) and mechanism of the effect are analyzed in this paper. Experimental results show that the applied stress or strain could have a great influence on the resistance of conductive asphalt concrete, and this influence is called the piezoresistivity effect. The piezoresistivity effect reflects the microstructure change of asphalt concrete. The piezoresistivity mechanism of CAC is studied through the research on the conductive substance and conductive mechanism of carbon fiber and graphite modified asphalt concrete. A series-wound model is built to interpret the piezoresistivity effect. This model explains why CAC has a piezoresistivity effect. The number of electronic carriers in the interior structure influences the electrical property of CAC and this number would change in different loading conditions. Therefore, the piezoresistivity effect of CAC can be analyzed by electronic carriers’ number and the relationship between resistivity and number of electronic carriers is the inverse ratio.     

钢筋侧面电极导电发热混凝土的制作及性能研究

利用钢筋良好的导电性来制作碳纤维导电发热混凝土的侧面电极,并进行了相关的试验研究.通过研究发现此种侧面钢筋电极发热混凝土的电阻稳定期要比普通混凝土的固化时期长,电阻随电压的变化不是很明显,即电阻是比较稳定的.采用细不锈钢钢筋作侧面电极时导电发热混凝土的电阻率较低.电热试验表明此发热混凝土可以达到较好的发热效果.所做的研究将可以有效提高导电发热混凝土铺层的强度,促进其实际应用.     

导电混凝土研究进展

综合国内外文献分析了导电混凝土的导电机理,介绍了石墨、碳纤维、钢纤维及钢屑等常用导电组分材料及其导电混凝土的性能、导电混凝土电性能的影响因素,分析了导电混凝土的压敏性、温敏性、力电效应和电热特性的研究进展,介绍了导电混凝土在室内采暖、变电站接地网和电热除冰化雪中的应用,指出了目前导电混凝土研究和应用方面存在的不足。