環(huán)境因素對(duì)納米碳纖維混凝土壓敏特性的影響.pdf

1、納米碳纖維(Carbon Nanofiber,CNF)具有納米級(jí)尺寸、大長徑比、高強(qiáng)度及低電阻率等優(yōu)點(diǎn),將其均勻分散到混凝土中會(huì)很大程度上改善混凝土的力學(xué)性能與電學(xué)性能。國外研究表明:納米碳纖維混凝土(Carbon Nanofiber concrete,CNFC)具有良好的壓敏效應(yīng),將其作為壓敏傳感器用于重大工程的健康監(jiān)測(cè)不僅克服了傳統(tǒng)型埋入式傳感器與混凝土的相容性問題,還很大程度解決了采集信號(hào)系統(tǒng)的造價(jià)問題,因此CNFC可滿足大多數(shù)結(jié)

2、構(gòu)長期健康監(jiān)測(cè)的需要,已成為該領(lǐng)域研究的前沿方向。因此,本課題對(duì)CNFC材料中納米碳纖維的最佳摻量、導(dǎo)電機(jī)理,以及各種不同環(huán)境條件作用對(duì)其壓敏效應(yīng)的影響等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并得到以下主要研究結(jié)果:
　　1.經(jīng)表面改善后的CNF在混凝土中的分散情況與混凝土的工作性相關(guān),通過聚羧酸高效減水劑可對(duì)混凝土工作性指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),以使新拌混凝土到達(dá)良好的工作性。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)CNF摻量越大,需要摻入越多的減水劑才能將T500與Th分別調(diào)節(jié)在

3、2s-5s、8s-15s以內(nèi),從而保證CNF在混凝土中良好分散。
　　2.基于滲流理論、有效介質(zhì)理論與隧道效應(yīng)理論,提出CNFC的導(dǎo)電機(jī)理可分為接觸式導(dǎo)電與非接觸導(dǎo)電,接觸式導(dǎo)電主要指纖維間相互搭接、纖維與基體界面、基體導(dǎo)電。而非接觸導(dǎo)電指纖維間、纖維與基體并沒有相互接觸而相隔一定距離或存在一定勢(shì)壘,但電子與空穴在激活狀態(tài)下能發(fā)生躍遷從而形成導(dǎo)電路徑。
　　3.養(yǎng)護(hù)齡期、骨料、CNF摻量、干燥狀態(tài)等對(duì)CNFC的電學(xué)性能與壓敏

4、特性的影響規(guī)律為:(1)CNFC的電阻率隨著齡期延長而不斷增大,極化時(shí)間變化沒有明顯規(guī)律。(2)CNF摻量相同條件下,各水泥基復(fù)合材料電阻率由小到大為:水泥凈漿﹤水泥砂漿<混凝土,極化時(shí)間變化沒有明顯規(guī)律,后兩者的壓敏曲線形狀相似,從阻變化率來看,水泥砂漿小于混凝土,水泥凈漿的壓敏特性較差。(3)CNFC電阻率隨著納米碳纖維的摻量增大而逐漸減小,纖維摻量在0.8％~1.8%范圍時(shí),CNFC的壓敏曲線均表現(xiàn)出電阻率隨壓應(yīng)力增加近似線性降低

5、的趨勢(shì),摻量越大電阻率變化幅度越小。(4)干燥脫水可使CNFC的電阻率大幅度提高,但對(duì)其壓敏特性幾乎沒有影響。
　　4.凍融循環(huán)、摻氯鹽、環(huán)境溫度、濕度等環(huán)境對(duì)CNFC電學(xué)性能與壓敏特性的影響規(guī)律為:(1)經(jīng)過175次凍融前后CNFC的電學(xué)性能和壓敏特性規(guī)律基本相同,但凍融后混凝土在相同壓應(yīng)力作用下的電阻變化率變小。(2)摻入0.5%、1.0%氯化鈉,CNFC的電阻率不降低反而增大,極化時(shí)間變化沒有明顯規(guī)律,壓敏曲線規(guī)律相同,但相