碳纤维增强水泥混凝土导电机理的研究

研究了沥青碳纤维掺量及外加剂对碳纤维混凝土复合材料导电性的影响，讨论了碳纤维混凝土复合体的导电机理。结果表明：碳纤维掺量对复合材料的导电性有一个临界值(Vfe)，外加剂能降低复合材料的电导率。     

碳纤维和钢渣水泥基复合材料导电性及损伤识别研究

在水泥基复合材料中参入碳纤维和钢渣,以研究复合水泥基材的导电性能,结果表明,碳纤维能够显著改善水泥基材的导电性,碳纤维体积率为1.2%时,其导电性能最佳,且碳纤维对试件导电稳定性有显著影响;在碳纤维水泥基材中参入钢渣并不会显著影响试件导电性,会显著影响导电稳定性;抗压和抗折试验结果表明利用导电性判断构件是否损伤(开裂)及损伤程度在试验上是可行的。     

碳纤维增强水泥基复合材料的电阻计算模型

根据碳纤维增强水泥基复合材料(carbon fiber reinflorced cement composite,CFRC)导电机理,将CFRC材料内部导电通路分成碳纤维搭接导电与隧道效应导电两种方式.通过假定碳纤维理想搭接,运用定量体视学理论计算碳纤维的搭接电阻.结果表明:随着碳纤维掺量的增加,CFRC材料中网络搭接导电通路所占比例逐渐增加,尤其在渗流区域附近,搭接通路所占比例急剧上升,但是在过渗流区碳纤维掺量对搭接电阻所占比例的影响呈现微弱上升趋势.隧道效应电阻模型计算则依据定态schTodinger方程,通过选取合适参数--电子跃迁的势垒与电子能量的比值U0/E,运用模型得到的计算值与试验值有较好的一致性.在相同的U0/E取值下,隧道效应电阻随着碳纤维掺量的增加而减小;而在同一掺量下,隧道效应电阻计算值随U0/E的增大而增大.     

超高韧性水泥基复合材料弯曲韧性研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的弯曲韧性,开展了薄板试件四点弯曲加载试验,结合对试件弯拉荷载和跨中挠度的分析,探究了纤维体积掺量、粉煤灰掺量、水胶比三因素对UHTCC弯曲韧性的影响规律,分析了韧性指数IU与极限跨中挠度的变化规律.结果 表明,纤维掺量越大,材料弯曲韧性越好;粉煤灰掺量在F/C为1.2时各阶段韧性指数最大,表明粉煤灰掺量对UHTCC弯曲韧性的影响存在一个最佳值;水胶比为0.24、0.28时韧性指数未达到I50,且水胶比为0.26时峰值荷载对应的韧性指数IU最大,表明过大或过小水胶比都会降低UHTCC持续耗能的能力;在不同因素影响下,峰值荷载所对应的韧性指数IU与极限跨中挠度具有良好的相关性,且峰值荷载处于应变硬化阶段末期,几乎包括荷载-挠度曲线的全部,使用IU能够较好地反映UHTCC的能量吸收能力.     

碳纤维增强水泥基复合材料的电磁屏蔽性能

利用弓形法测试了碳纤维质量掺量分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%时,碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)在低频段4~8 GHz和高频段8~18 GHz对电磁波的反射率,讨论了碳纤维质量掺量变化对反射率的影响。结果发现,碳纤维质量掺量相同、低频段时,反射率小于-10 dB,复合材料对电磁波表现出吸收性;高频段时,反射率大于-10 dB,复合材料对电磁波表现出反射性。低频段、碳纤维质量掺量为0.6%时出现最小反射率-15.1 dB;高频段、碳纤维质量掺量为0.4%时,出现最小反射率-19.4 dB。     

碳纤维增强水泥基复合材料的性能和应用

介绍了水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到很多限制。试验中,将碳纤维加入到水泥基体中,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。     

不同种类碳纤维对水泥基材料导电和抗压强度的影响

通过在水泥基材料中掺入东丽T300、卓尔泰克PX35、中复神鹰SYT45三种不同碳纤维,研究了碳纤维种类、拨开方式对复合材料导电性能和抗压强度的影响。研究结果表明,碳纤维水泥基材料电阻率随着碳纤维掺量增加呈数量级降低,T300型碳纤维在低掺量下能有效降低水泥基材料电阻率。采用层层拨捻有利于纤维的分散,但在捻开过程中,纤维表面碳的损失降低了碳纤维水泥基材料导电性。SYT…45-CB碳纤维水泥基材料电阻率最大。四极法规避了电极电阻和接触电阻,所测得的电阻率更接近真实值。T300型碳纤维水泥基材料抗压强度优于PX35型碳纤维水泥基材料。层层拨捻分散方式提高纤维均布性,增加了碳纤维水泥基材料的强度。     

碳纤维粉-钢渣水泥基复合材料的力学性能和导电性能研究

本文研究了碳纤维粉和钢渣对水泥基复合材料力学性能和导电性能的影响,结合SEM分析了水泥基复合材料的微观结构.试验结果表明:碳纤维粉的加入会提高试件的力学性能,当碳纤维粉掺量为0.5％时,钢渣替代量为45％时,3d抗折强度达到6.3 MPa,28 d抗折强度达到8.4 MPa;3 d抗压强度达到28.1 MPa,28 d抗压强度达到44.6 MPa;碳纤维粉和钢渣加入后,促进导电网络的形成,也会提高水泥基复合材料的导电性能;SEM分析表明,适量的碳纤维粉能均匀分散在体系内,形成密实的结构,从而促进体系力学性能和导电性能的提高.     

CNT-CF/水泥基材料导电性能研究

研究了碳纳米管-碳纤维水泥基材料(CNT-CF/水泥基材料)导电性能,并分析了CNT-CF/水泥基材料导电机制.研究了导电填料含量、水灰比、龄期、湿含量等因素对复合材料导电性能的影响.结果 表明:CNT-CF/水泥基材料导电性能良好,电阻率数量级控制在102 Ω·cm以下.最优导电组合配比为碳纤维掺量0.4wt％,碳纳米管掺量0.5wt％.CNT-CF/水泥基材料电阻率随碳纳米管掺量由0.1wt％增加到0.5wt％而减小,由0.5wt％增加到2.0wt％而增大.试样水灰比的提高在一定程度上能降低CNT-CF/水泥基材料电阻率.CNT-CF/水泥基材料电阻率在龄期0～7d减小趋势,在7～28 d有增大趋势.CNT-CF/水泥基材料湿含量越大,其电阻变化率越大,且二者具有良好的线性关系.     

碳纤维水泥基复合材料正、负压敏性与含水量的相关性研究

对碳纤维水泥基复合材料进行多次烘干逐次减少材料的含水量,测定各次失水后相应的压敏性,研究含水量变化对材料压敏性的影响,结果表明:碳纤维水泥基复合材料在不同含水量情况下,压敏性表现形式不同,即当含水量较高时材料表现为“正压敏性”;失去一定量水后转变为“负压敏性”;当持续失水使含水量很低或者达到理想干燥状态时材料最终表现为“正压敏性”.值得注意的是,碳纤维水泥基复合材料在正、负压敏性发生转变过程中,在一定含水量条件下,存在正、负压敏性共存的过渡状态.     

氧化石墨烯复合PVA纤维增强水泥基材料的力学性能及耐久性研究

为解决混凝土耐久性差、脆性大等问题,研究了氧化石墨烯(GO)复掺聚乙烯醇(PVA)纤维对低水灰比水泥基材料力学性能及耐久性能的影响.利用Hummers法制备GO,并表征GO的结构和性能,通过测试分析了不同配合比砂浆的力学性能和耐久性,并通过MIP(压汞法)和SEM(扫描电镜)分析了氧化石墨烯以及PVA纤维对水泥基材料的改性机理.结果表明GO和PVA纤维均能提高水泥基材料的力学性能以及耐久性.GO复掺PVA纤维可以显著改善水泥基材料孔结构,降低孔隙率,提高水泥基材料抗氯离子渗透性能并降低水泥基材料收缩率.     

混杂合成纤维道路混凝土韧性特征与机理分析

根据水泥混凝土路面的实际受力条件,采用弯曲韧性和冲击韧性两个指标对所制备的聚乙烯纤维/聚丙烯粗合成纤维混杂增强混凝土的韧性特征进行全面评价,并结合SEM微结构分析结果对其增韧机理进行了探讨.结果表明,所制备的4组混杂纤维混凝土的弯曲韧性指标均超过理想弹塑性材料的标准,并且在初裂产生后仍具有较高的强度保持能力,试件的裂缝曲折且细微,有效扩散了裂缝尖端的应力集中;混杂纤维混凝土试块的抗冲击韧性大幅提升,吸收的冲击能约是普通混凝土试块的15倍;采用聚乙烯/聚丙烯粗合成纤维可以在几何形状尺寸与力学性能上形成具有一定级配结构的纤维增强材,产生正混杂效应.     

合成纤维对超高韧水泥基复合材料力学性能的影响

超高韧水泥基复合材料(UHTCC)是在水泥制备过程中掺入了可以起到增强增韧作用的一定体积分数的纤维。对常见增强纤维种类与性能进行归纳总结,对增强理论、掺入纤维对UHTCC基本力学性能的影响进行了综述,认为UHTCC在桥体、路面、码头、军事工程等领域具有广泛的应用前景,需深入研究掺入纤维的力学性能对复合材料的抗拉、抗剪、抗冲击韧性、抗疲劳等力学性能以及抗渗性能的影响,从而为实际应用提供理论依据。     

碳纤维增强聚氨酯弹性体复合材料的研究

为了制备具有优良导热性能、耐热性能和力学性能的新型聚氨酯(PUR)弹性体复合材料,采用预聚体法以聚四氢呋喃醚二醇(PTMG),2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)和碳纤维(CF)粉末为原料,制备了不同CF含量的CF增强PUR弹性体复合材料。对其进行了导热性能、耐热性能和力学性能测试,并通过扫描电子显微镜考察了CF在PUR基体中的分散状态。红外测试结果表明,CF表面含有可以与PUR基体发生反应的—OH和—COOH。当CF质量分数为0.3%时,CF可以均匀地分散在PUR基体中,CF增强PUR弹性体复合材料的拉伸强度、撕裂强度、100%和300%定伸强度、玻璃化转变温度和热导率分别为42.24 MPa,94.03 k N/m,9.33 MPa,24.87 MPa,96.7℃和0.138 5 W/(m·K),比纯PUR弹性体分别提高了27.8%,32.2%,76.4%,102.2%,18.5℃和26.4%,而断裂伸长率为367.62%,仅下降19.5%。     

短纤维层间增强碳纤维复合材料层板的力学研究

以斜纹3k T300碳纤维布、环氧树脂和0.3～0.5 mm短切碳纤维为主要实验原料,使用短切纤维铺放装置将短切碳纤维定量铺放在碳纤维布表面,并铺层得到5块层间短切纤维增强的预制体,每块预制体含8层碳纤维布且每块预制体层间短切碳纤维铺放面密度分别为5,10,20,30,40 g/m²,并增设一块层数为8层、层间不含短切纤维增强的预制体作为对照组。采用真空辅助树脂灌注成型方式浸渍预制体后高温固化,得到层间含不同面密度短切纤维的碳纤维复合材料层合板,研究了不同面密度短切纤维含量对碳纤维复合材料层合板拉伸、弯曲以及层间剪切强度的影响。研究结果表明,当短切碳纤维铺放面密度为5 g/m²时,复合材料层板的拉伸、弯曲强度最好,在5～40 g/m²范围内,复合材料层板的层间剪切强度随短切碳纤维铺放面密度的增大而增大。     

断裂韧度对PVA纤维水泥基材料弯曲性能的影响

对加入超强吸水性能SAP颗粒形成的聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料,通过楔劈拉伸试验研究了材料的断裂韧度,三点弯曲试验研究了材料的弯曲性能,同时基于微观力学机理分析了断裂韧度对PVA纤维水泥基材料延性的影响.断裂试验结果表明:水泥基体断裂韧度随SAP颗粒掺量增大而减小;弯曲试验结果表明:开裂强度与弯曲强度随SAP颗粒掺量增大而降低,但弯曲韧度随SAP颗粒掺量增大而提高;依据能量准则与强度准则发现:掺入SAP颗粒后的PVA纤维水泥基材料的延性提高与高的E值与S值相关.     

钢纤维对钢筋混凝土梁弯曲韧性与疲劳损伤的影响

通过钢筋混凝土梁弯曲静载和等幅疲劳试验,研究了钢纤维对钢筋混凝土梁挠度、弯曲韧度、刚度以及刚度损伤累积的影响.结果表明:在弯曲静载试验中,梁的挠度随着钢纤维体积率的增加而逐渐减小,弯曲韧度逐渐增大;在疲劳试验中,各梁挠度增长和刚度损伤累积随着荷载循环次数增加均呈现三阶段变化规律,说明钢纤维掺入不会改变钢筋混凝土梁疲劳损伤发展规律,但会改变梁挠度和刚度的大小,随着纤维掺量增加,梁的挠度逐渐减小,刚度逐渐增加,抵抗变形能力增强.     

聚丙烯纤维增强的水泥砂浆断裂韧性的研究

为了解决普通混凝土小型空心砌块墙体易脆性开裂的问题,研究了一种新型抹面砂浆。通过改变掺加纤维的种类、纤度、长度、截面形状、数量,进行砂浆断裂韧性的对比实验。结果表明:掺加纤维对提高普通砼砌块墙体用砌筑砂浆的断裂韧性有良好作用,尤其是掺入适量、纤度适当的经表面氧化处理、长度15mm的聚丙烯纤维效果最为良好。