環(huán)境因素對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)具有納米級尺寸、大長徑比、高強度及低電阻率等優(yōu)點,將其均勻分散到混凝土中會很大程度上改善混凝土的力學性能與電學性能。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,將其作為壓敏傳感器用于重大工程的健康監(jiān)測不僅克服了傳統(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系統(tǒng)的造價問題,因此CNFC可滿足大多數(shù)結(jié)

2、構(gòu)長期健康監(jiān)測的需要,已成為該領(lǐng)域研究的前沿方向。因此,本課題對CNFC材料中納米碳纖維的最佳摻量、導電機理,以及各種不同環(huán)境條件作用對其壓敏效應的影響等方面進行了系統(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混凝土工作性指標參數(shù)進行調(diào)節(jié),以使新拌混凝土到達良好的工作性。實驗研究發(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)理論與隧道效應理論,提出CNFC的導電機理可分為接觸式導電與非接觸導電,接觸式導電主要指纖維間相互搭接、纖維與基體界面、基體導電。而非接觸導電指纖維間、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)生躍遷從而形成導電路徑。
　　3.養(yǎng)護齡期、骨料、CNF摻量、干燥狀態(tài)等對CNFC的電學性能與壓敏

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,極化時間變化沒有明顯規(guī)律。(2)CNF摻量相同條件下,各水泥基復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,CNFC的壓敏曲線均表現(xiàn)出電阻率隨壓應力增加近似線性降低

5、的趨勢,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CNFC電學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,極化時間變化沒有明顯規(guī)律,壓敏曲線規(guī)律相同,但相