碳纤维水泥基复合材料电热层的热应力分析

当碳纤维水泥基复合材料（ＣＦＲＣ）电热层与混凝土层固定在一起并且通电使之发热时,电热层的热膨胀受到限制将会产生热应力。本文首先建立了一定尺寸的ＣＦＲＣ电热层的热应力分析模型,采用有限元方法研究了不同的发热温度时ＣＦＲＣ的八面体剪应力,得出当发热温度较高时电热层的破坏危险性较大。     

SHCC的配制与拉伸性能研究

采用聚乙烯醇纤维(PVA)纤维作为增强材料,选定不同的粉煤灰掺量、石英砂级配、纤维掺量和养护工艺配制应变硬化水泥基复合材料(SHCC),研究上述因素对SHCC力学性能的影响。研究表明,随着粉煤灰掺量的增加,SHCC极限拉伸强度有少许削弱,但极限拉伸应变不断增加,均高于3%。随着养护龄期增加,SHCC极限拉伸应变呈现先增加后减小的趋势,但拉伸强度随龄期增加而增大。自然养护有利于维持SHCC的高极限拉伸应变;蒸汽养护能提高SHCC早期的极限拉伸强度,但蒸汽养护使SHCC的极限拉伸应变随着龄期增加而明显降低。当m(FA)/m(C)=1.6,2.0和2.4,Vf=2.0%时,采用较细的石英砂和自然养护,28d龄期的SHCC极限拉伸强度在4 MPa以上,极限拉伸应变在3%以上。     

CFRC试块体积电阻和表面电阻的研究

研究碳纤维水泥试块两电极电阻和三电极法测得的体积电阻与表面电阻。结果表明两电极电阻接近于体积电阻,表面电阻不稳定,对两电极电阻存在一定影响,采取相应措施可减少其影响,在一定条件下可用两电极电阻变化来表征体积电阻的变化。     

水泥净浆力电机敏性的试验研究

研究了水泥净浆从小载荷直至破坏时的力电效应，研究表明：水泥净浆在单向压应力作用下产生电流，电流强度随应力的增加而增加，电流强度与应力之间存在一一对应关系。载荷保持时，电流逐渐减小，随着水灰比的增加，敏感性也增加。力电机敏性随含水量的增加而增加，从而进一步验证了力电效应的机理。这一研究对开发多功能的混凝土机敏材料有重要的意义。     

压电陶瓷片用于检测混凝土的波速和动弹模

将PZT压电陶瓷片直接粘贴在混凝土梁表面来产生和接收超声波，从接收的时域信号中能清晰分辨沿混凝土梁表面传播的纵波和Rayleigh波，并以此确定Rayleigh波和纵波在混凝土表面的传播时间和波速，再由Rayle。lgh波和纵波波速计算混凝土的动弹性模量和动泊松比。PZT片产生的沿表面传播的纵波和Rayleigh波用于混凝土内结构缺陷监测时，合适的频率范围分别为120～200kHz和50～110kHz，并且Rayleigh波波速在50～80kHz的频率范围内呈现出明显的频散特性，即波速随频率而变化。     

混凝土中的Lamb波传播

将PZT压电陶瓷片直接粘贴在混凝土梁表面来产生和接收超声波，由该系统发射不同频率的超声脉冲，依据接收的时域波形测量幅值最大波包在混凝土内的传播时间，由此得到波速随频率变化的频散关系。通过比较理论的与实测的频散曲线，表明PZT系统能在混凝土内产生某些模态的Lamb波。在50～100kHz的频率范围内，混凝土中的Lamb波模态接近于A3模态。而在110-160kHz的频率范围内，Lamb波模态接近S4模态。     

不同混合导电掺和料水泥基复合材料压阻特性的实验研究

利用纳米石墨、炭黑等导电掺料制作的水泥基复合材料的压阻特性可进行交通违规监测.本文实验研究了由石墨、炭黑、碳纤维任意两导电掺料组成的复合导电相制作的高导电长方柱水泥基复合材料,在标准车载大小、不同荷载循环周期作用下的压阻特性.实验表明一定车载力作用下,所选配比情况,含石墨和碳纤维混合掺料的水泥基复合材料的压阻特性最好,含石墨和炭黑复合导电相的次之,含炭黑和碳纤维复合导电相压阻特性不明显.     

用于融冰化雪的炭黑轻集料导电混凝土的配制和性能

配制了新型的炭黑轻集料混凝土,对其电阻率、抗压强度、密度与炭黑掺量、龄期、灰砂比等的关系进行了研究。结果表明:炭黑轻集料混凝土的电阻率随炭黑掺量的变化呈现明显的滤渗特征,滤渗区对应的炭黑掺量在0.3%~1.39%这一区间,在这一区间电阻率下降最明显。炭黑掺量低于滤渗阈值时龄期对炭黑轻集料混凝土电阻率有较大的影响,当炭黑掺量高于渗流阈值时龄期对电阻率的影响较小。炭黑掺量增加,炭黑轻集料混凝土抗压强度降低,密度越小。提高灰砂比能使提高炭黑轻集料混凝土的抗压强度。当炭黑的体积掺量为1.94%,灰砂比为2.43~5.2时,炭黑轻集料混凝土抗压强度达到34~38 MPa,电阻率为82.6~100Ω.cm,密度为1 822~1 866 kg/m3。这种材料具有轻质、高强、高导电性的特点,可用于道路融冰化雪。     

水泥基复合材料中碳纤维的分散性研究

运用正交试验方法研究以羧甲基纤维素钠(CMC)和硅灰按不同比例配制的分散体系对碳纤维在水泥浆体中分散性的影响,采用新拌料浆法从多份新拌的水泥浆料中分离出碳纤维,并计算碳纤维质量的变动系数,由变动系数评价碳纤维的分散性和分散剂的作用效果.在各种CMC掺量下,硅灰均能显著改善碳纤维的分散性.随着CMC掺量的增加,碳纤维分散性提高.当CMC掺量为0.8%,硅灰掺量为15%时,CMC和硅灰的共同作用使变动系数最小,此时碳纤维在水泥基体中分散性最好,为最佳的分散剂配比.     

CFRC电热特性的研究

通过对特制碳纤维水泥基复合材料（ＣＦＲＣ）试样的系统研究，发现了其焦耳效应，并对其稳定温升与表面负荷的关系，升温和降温温度随时间变化的关系以及电阻温度特性等电热特性进行较系统的研究，这一研究对扩充碳纤维水泥基复合材料的功能和应用具有重要的意义。