碳纖維水泥基復合材料機敏性能研究.pdf

1、具有本征機敏特性的碳纖維水泥基導電復合材料日漸成為研究熱點。本文系統地研究了碳纖維水泥基復合材料的導電行為與壓阻、溫阻等機敏特性，著重探討了體系導電率(或電阻)對碳纖維體積分數、溫度及軸向壓力等的依賴關系。借鑒已有的導電復合材料滲流導電現象和電阻的正溫度系數/負溫度系數(PTC/NTC)效應基本理論，發(fā)現和提出碳纖維水泥基復合材料電阻的正壓力系數(PPC)與負壓力系數(NPC)、電阻對材料剩余形變的Kaiser記憶效應以及電

2、阻徐變等新的現象和新的概念。結合聲發(fā)射監(jiān)測和微觀分析，提出碳纖維水泥基復合材料單軸壓阻特性唯相模型，探討滲流網絡的微觀結構及其在外場作用下的變化對其機敏特性的影響。 通過對碳纖維水泥基復合材料導電率-碳纖維體積分數關系研究，證實了體系電導率隨碳纖維摻量變化符合統計滲流理論，且具有普適性，根據經典滲流理論，明確提出碳纖維水泥基復合材料的滲流閥值取φ=φc2。認為在滲流轉變區(qū)φc1～φc2復合材料的導電過程以隧道導電機理為主，而

3、當φ>φc2時，體系的導電以歐姆接觸導電機理為主。分別探討了水泥基體結構、碳纖維形態(tài)和相對濕度對體系導電率的影響，并進行了相應的理論分析。 研究了單軸受壓下碳纖維水泥基復合材料電阻變化與載荷、應變對應關系，發(fā)現碳纖維水泥基復合材料具有壓阻特性、Kaiser記憶效應和電阻徐變特性。通過聲發(fā)射監(jiān)測和體系內碳纖維滲流導電行為的微觀分析，建立了碳纖維水泥基導電復合材料損傷自診斷模型與表征參數，并對體系正壓力系數(PPC)與負壓力系

4、數(NPC)以及電阻對材料殘余形變Kaiser記憶效應和電阻徐變等新現象進行了微觀描述。在實驗的基礎上探討了碳纖維的體積分數和應力水平對體系壓阻效應、Kaiser記憶效應及電阻徐變的影響。 監(jiān)測了碳纖維水泥基復合材料在三點彎曲負荷下的斷裂過程及電阻的相對變化，研究了碳纖維摻量和切口深度對體系進行斷裂過程自監(jiān)測的影響，提出了利用測試電阻的相對變化判斷試件的開裂點。通過利用聲發(fā)射技術監(jiān)測，定性地研究碳纖維水泥基材料斷裂破壞機理，

5、并與電阻的相對變化建立聯系。在實驗的基礎上，所提出的混凝土梁三點彎曲負荷下滲流臨界斷裂模型，可對電阻監(jiān)測斷裂過程作出理論解釋。 研究了碳纖維水泥基復合材料的溫阻效應，發(fā)現在升溫過程中碳纖維水泥基復合材料存在顯著的PTC與NTC現象。在分析碳纖維水泥基復合材料導電機制基礎上，提出了體系NTC/PTC轉變唯相模型，指出碳纖維滲流網絡在升溫過程中的微觀結構的變化是其溫阻效應直接反映。碳纖維水泥基復合材料獨特的溫阻關系，為智能結構