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。     

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。     

HPMC分散碳纤维的水泥砂浆电学性能研究

采用HPMC(羟丙基甲基纤维素)分散碳纤维,利用四电极法研究了内掺CCCW(水泥基渗透结品防水材料)的碳纤维石墨水泥砂浆试样水化期间和固化后的导电特性及在压缩循环荷载作用下的压阻特性.结果表明:随着固化龄期的增加,碳纤维石墨砂浆试样的电阻值逐渐增加,并且逐步趋于稳定.石墨掺入量越大,试样电阻达到稳定值所需的养护时间越短,试样的体积电阻率随石墨掺量的增加而下降.此外,在循环荷载作用下,石墨掺量为水泥质量分数的25%时,碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻牢与压应力之间呈现良好的对应关系,电阻值在应力加载时几乎以线性下降,而卸载时增加.羟丙基甲基纤维素(HPMC)可以代替羧甲基纤维素(CMC)分散短切碳纤维以提高材料的耐霉性.     

碳纤维水泥基复合材料导电性能研究

研究了碳纤维水泥基复合材料的导电特性，探讨了碳纤维体积掺量，碳纤维长度，水泥基体以及养护龄期和相对温度对其导电性能的影响，发现可以用渗流理论描述体系导电率与碳纤维体系掺量间的关系，当碳纤维体积掺量达到渗流阀值，水泥基基体的结构以及相对湿度对体系的导电率无明显影响，通过对微观分析，认为体系导电率变化是碳纤维在水泥基体中分布搭接的直接反应，渗流阈值应取ψc=ψc2，在导电机制上对应隧道效应向欧姆触导电转变，且具有普适性。     

纳米碳纤维水泥基材料的电容抗效应

研究了烘干与氯盐溶液浸泡条件下不同掺量纳米碳纤维导电水泥基材料的电容抗效应,主要考虑交流电频率、纳米碳纤维掺和电极安装方式的影响。结果表明:在干燥状态下,导电水泥石电容值随着纳米碳纤维掺量的提高而增大,随着交流电频率的增大而下降。当碳纳米纤维掺量低于2.5%时,浸泡氯化钠溶液使导电水泥石的电容显著增加,粘贴式电极的电容值大于埋入式电极试件;当纤维掺量高于2.5%时,浸泡氯化钠溶液和电极安装方式对电容值的影响不大。     

碳纤维—硫铝酸盐水泥复合材料的制备及其性能研究

本文以硫铝酸盐水泥为基体材料,以改性后的碳纤维为功能导电组分,采用浇筑成型制备出碳纤维—水泥基导电复合材料,并对该种材料的力电性能进行了研究。扫描电子显微镜分析发现,改性后的碳纤维表面纤维层部分被腐蚀,并在表面出现了凹坑。能谱分析发现,改性后碳纤维表面成分中多了钾、钠、钙等元素。该复合材料的抗压强度随碳纤维的掺入量增加而增加。当掺入量为0.6%时,强度达到最大值。试样的电阻率随碳纤维掺入量增加而逐渐降低,当掺入量达到0.8%时,其电阻率达到最小值。其中,重铬酸钾改性后碳纤维的性能优于高锰酸钾改性后碳纤维的性能。     

碳纤维混凝土的交流阻抗性能研究

随着水泥基材料的发展,人们对水泥基材料提出了更新的要求,其中水泥基导电复合材料的研究引起了广泛的兴趣.制备水泥基导电复合材料的方法是在水泥基材料中掺入各种导电组分,目前较常用的是掺人碳纤维,它可以大幅度提高水泥基复合材料电导率.本文通过对碳纤维混凝土的交流阻抗特性分析,研究了其内部微结构与电导性能的关系.     

基于力阻的碳纤维粉改性砂浆自监测性能分析

以碳纤维粉为导电相材料,对水泥砂浆开展改性试验,分析了碳纤维粉掺量、龄期、压应力与试件电阻率的关系.随着龄期增加,各试件的电阻率先增后减,表明试件电阻率与水化程度相关.在水化完成后,C-2试件接近于渝渗阈值,电阻率均随压应力的增大而减小,具有较优的自监测性能.     

竹炭纤维改性水泥基复合材料力学性能

采用竹炭纤维增强水泥基复合材料以提高其韧性。研究了竹炭纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响规律,并与聚酯纤维增强水泥基材料进行了对比分析。研究结果表明:竹炭纤维增强水泥基复合材料抗压强度随纤维掺量的增加而降低;抗折强度随竹炭纤维掺量的增加而先增加后降低,竹炭纤维掺量为0.2%时,抗折强度达到最大。竹炭纤维掺量为0.2%时,复合材料韧性最佳。随着龄期增长,竹炭纤维腐蚀程度增加,其增强水泥基复合材料抗折强度降低,韧性亦降低。     

碳纤维混凝土导电压敏性的研究

碳纤维水泥基材料具有应力、应变自感知功能,所以可以利用碳纤维混凝土的这种性能制备碳纤维混凝土压敏传感器。本文主要研究用于融雪化冰的碳纤维混凝土的制作工艺;碳纤维混凝土最佳配合比;探讨碳纤维混凝土电阻随碳纤维掺量的变化规律以及混凝土的压敏性。研究结果表明：碳纤维混凝土的电阻随龄期增长而下降,21d后趋于稳定;碳纤维混凝土电阻随碳纤维掺量增加而下降,当碳纤维掺量达0．7％时碳纤维混凝土的电阻迅速下降,此后碳纤维混凝土的电阻随碳纤维掺量增加无显著降低;通过碳纤维混凝土压敏性研究可以测知碳纤维混凝土随压应力增加其内部裂纹的闭合及新裂纹的产生。     

碳纳米管水泥基纤维增强复合材料压敏性能研究

文中对比分析了几种不同碳纳米管掺量试件的电阻变化规律,评价碳纳米管水泥基纤维增强复合材料的压敏性能。试验结果表明,随着多壁碳纳米管掺量的增加,电阻率将减低并最终趋于稳定,同时,试件压敏性存在差异。当多壁碳纳米管掺量为胶凝材料质量的0.1%时,电阻变化率幅度较大,可以达到0.133,此时,碳纳米管复合材料具备较好的自感知特性,可应用于结构健康监测研究。     

二水石膏和普通水泥复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响

以铝酸盐水泥为主要胶凝材料,复掺二水石膏(11%、13%、15%、17%)和普通水泥(2%、4%、6%、8%),制备出铝酸盐水泥基砂浆。通过测试宏观抗压强度,同时采用物相分析(XRD)和微观结构(SEM)两种表征手段,探究了二水石膏和普通水泥复掺对铝酸盐水泥基砂浆性能的影响。研究结果表明:改性铝酸盐水泥基砂浆试件抗压强度随着养护龄期的增长而逐渐增加,且二水石膏掺量在11%~13%,普通水泥掺量在2%~4%时,铝酸盐水泥基砂浆力学性能较好;各铝酸盐水泥基砂浆28d龄期试件内部主要含有AFt和铝胶,AFt、CAH_(10)及C_3AH_6等水化产物相互交叉、搭接,铝胶和C-S-H凝胶将各水化产物胶结在一起,且各水化产物数量的分布差异,造成其力学性能差异。     

碳纤维水泥基材料的物理力学性能

研究了碳纤维掺量对水泥基材料密度、弹性模量、泊松比等物理力学性能的影响,并通过理论计算与试验数据进行了对比.结果表明:随着碳纤维掺量的增加,水泥基材料的密度和弹性模量降低、泊松比增加.通过回归分析,得到了水泥基材料的密度、弹性模量和泊松比与碳纤维掺量的函数对应关系,理论计算表明,水泥基材料的密度和弹性模量实测值与理论计算值有很好的一致性.     

低碳纤维掺量智能混凝土的电阻率研究

研究了低碳纤维掺量智能混凝土的电阻率,包括随固化龄期的增加不同碳纤维含量混凝土电阻率的变化规律,测量选取的电压对电阻率变化的影响以及在电阻的测试中电极的选用对试样电阻率的影响研究。通过这些研究,得到了低碳纤维掺量水泥基复合材料电阻变化的基本规律,为其实际应用打下良好基础。     

建筑垃圾、粉煤灰双掺对压制成型水泥基材料性能影响的研究

针对建筑垃圾、粉煤灰双掺在压制成型水泥基材料的应用进行研究,探索了建筑垃圾取代全部河砂、粉煤灰以不同掺量取代水泥时对水泥基材料强度和耐久性的影响规律。研究结果表明:在建筑垃圾取代全部河砂的前提下,掺有粉煤灰的水泥基材料强度随粉煤灰掺量的增加而降低;随着养护龄期的延长,水泥基材料的强度增长率随着粉煤灰掺量的增加呈增加趋势。在耐久性能方面,粉煤灰掺量≤50%时,满足D100的抗冻等级指标,掺量达到66.7%时,只能满足D50的抗冻等级指标。     

固废基固化材料稳定低液限黏土试验研究

通过室内试验，对比分析了工业固废基固化材料和粉煤灰硅酸盐水泥稳定低液限黏土的无侧限抗压强度、CBR值、水稳定性以及抗干湿循环等性能。结果表明：随着固化材料掺量的增加，工业固废基固化材料稳定土的最佳含水率增大、最大干密度减小。与粉煤灰硅酸盐水泥相比，低掺量（3%）下，工业固废基固化材料稳定土的物理力学性能与之相当；但较高掺量（4%～6%）下工业固废基固化材料稳定土可获得更高的CBR值和无侧限抗压强度。且相同掺量和龄期下，工业固废基固化材料稳定低液限黏土的水稳定性和抗干湿循环性能更优。     

工业级碳纳米管增强水泥基材料力学性能试验研究

通过表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮和超声作用,将工业级碳纳米管分散在水溶液中,制备了碳纳米管水泥净浆和碳纳米管水泥砂浆,标准养护28 d后测试其力学性能。试验结果显示,工业级碳纳米管在掺量为水泥质量分数的0.05%、0.1%、0.5%时,水泥净浆抗折强度分别提高:2.503%、-21.808%、-12.302%;抗压强度分别提高:11.966%、13.039%、10.866%。同样掺量的碳纳米管,水泥砂浆的抗折强度提高幅值分别为:17.16%、7.07%、3.72%;水泥砂浆的抗压强度提高幅值为:8.07%、2.61%、-5.24%。SEM结果表明,适量分散良好的工业级碳纳米管在水泥基体内呈桥接状分布,随着掺量的增加,团聚作用明显,碳纳米管呈现出簇拥现象。压汞试验结果显示,在水泥基材料内适量添加工业级碳纳米管,水泥基材料的孔隙率降低,有害孔的数量减小,水泥基材料内部孔隙结构得到改善。     

三相导电沥青混合料的制备及性能研究

为制备性能良好的导电沥青混合料,以石墨、碳纤维和钢渣为导电材料,研究3种材料掺量及组合对混合料路用性能和导电性能的影响,并通过灰关联度分析得出影响导电性能的最重要因素。结果显示,石墨的加入使混合料的路用性能急剧降低,当石墨掺量为12%~20%时,电导率随石墨掺量的增多大幅升高,当石墨掺量大于20%时,电导率的提高幅度有限;复相导电混合料的路用性能随碳纤维掺量的增多呈现先提高后降低的趋势,存在最佳碳纤维掺量,碳纤维的掺入大幅提高了混合料的导电性能,当碳纤维掺量大于0.3%时,导电性能趋于稳定;钢渣的掺入提高了三相导电混合料的高温稳定性和水稳定性,降低了低温抗裂性,当石墨、碳纤维和钢渣掺量分别为20%、0.35%和100%时,混合料的导电性能最佳,且具有良好的路用性能;3种材料对混合料导电性能影响的显著程度为:碳纤维石墨钢渣。     

干燥处理对碳纤维水泥基材料导电性能的影响

研究了碳纤维水泥基复合材料在于燥和水饱和两种状态下的导电性能.实验结果表明：当碳纤维掺量低于渗流阈值时,材料是以离子和隧道效应导电,干燥状态下导电率显著降低;当碳纤维掺量大于渗流阈值时,材料以碳纤维网络导电,干燥状态下导电率反而增加.分析表明,干燥状态下碳纤维含量低于阈值时导电率降低是由于离子活度降低之故、而碳纤维掺量高于阈值时导电率的增加是由于纤维间水膜的消失而相互搭接形成网络导电之故.     

普硅水泥和低碱度硫铝酸盐水泥复合体系性能的研究

研究了在不同普通硅酸盐水泥掺量下,硫铝酸盐水泥基复合胶凝材料的流动度,凝结时间和水泥砂浆强度性能的影响。研究结果表明:普通硅酸盐水泥掺量小于50%时,普硅水泥-低碱度硫铝酸盐水泥混合体系的凝结时间和流动度随着普硅水泥掺量的增加而减小。随普通硅酸盐水泥掺量的增加,复合水泥砂浆的强度先减小后增大,当掺量为40%时水泥砂浆的强度达到了最大值。利用XRD和SEM微观测试手段对硫铝酸盐水泥基复合胶凝材料的水化产物和水化机理进行了分析和讨论。