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碳纤维混凝土三向受压状态下压敏性研究

王丽娜  
【摘要】:混凝土材料已有近200年的历史,由于具有抗压强度高、弹性模量大、耐久性和耐高温性能好、易改性、可塑性好、可以任意规模浇筑等特点,得到了越来越广泛的应用。碳纤维混凝土(Carbon Fiber Reinforced Concrete)是在普通混凝土中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料,这种材料不仅能够良好地改善混凝土的力学性能,而且碳纤维的掺入,使得这种混凝土具有一定的导电性能,具有良好的自感知内部应力、应变和损伤程度,压敏性,温敏性,电磁屏蔽等功能。碳纤维混凝土具有当外加荷载发生变化时,内部电阻发生变化的特性,因而可以通过其电阻变化来实时监测结构上所受到的外荷载的变化,尤其可以应用到道路测重系统和测速系统中,但为了更加进一步地研究这种应用性,本次课题将碳纤维混凝土试件埋入大的素混凝土构件中,使碳纤维混凝土处于三向受压状态,弥补以前学者所提出的碳纤维混凝土试件单向受压状态下的各种力与电的关系。 本次研究的创新点在于碳纤维混凝土处于三向受压状态时,试件电阻随着荷载的变化情况,主要为今后将这种材料应用在道路测重及测速系统中提供理论及实验依据。研究的主要内容包括: 1、首先对碳纤维混凝土目前国内外的发展状况进行比较全面的论述,并提出了碳纤维混凝土作为一种智能材料的应用范围。并以碳纤维混凝土立方体试块为研究对象,探讨了碳纤维混凝土的制造工艺,通过掺加表面活性剂和超细矿粉解决了纤维的均匀分散问题;并提出较为理想的电阻测试方法。 2、研究了处于单向受压状态的碳纤维混凝土试件,当受到循环加载和单调加载作用时,试件电阻随荷载的变化情况。研究表明碳纤维混凝土的压力与电阻变化有着较好的对应性,电阻能够定量地反映荷载的变化情况。 3、研究处于三向受压状态的碳纤维混凝土试件,在循环加载和单调加载时,试件电阻与荷载的关系。研究结果表明,碳纤维混凝土的压力变化与电阻变化有着良好的对应性,电阻能够准确定量地反映荷载的变化情况,即碳纤维混凝土试件完全可以应用到道路测重系统中作为一种压力传感器,对路面上的机动车实施重度测量。 4、将处于三向受压状态的碳纤维混凝土试件与处于单向受压状态的同批试件的压敏性进行比较,得出在相同幅度的荷载作用下,处于三向受压状态试件的电阻变化幅度要比单向受压状态下的变化幅度更大,且电阻变化曲线更加稳定,规律性更强。 碳纤维混凝土既是结构材料,又是功能材料,因此将其应用在结构中,既可以改善结构的力学性能,又可以使结构具有导电性,从而对结构实时监测,监测结构内部的破坏情况,衡量结构所处的工作状态。以上研究成果,对深入认识碳纤维混凝土的机敏特性及其导电机理,对碳纤维混凝土早日应用于工程实际,具有一定的理论意义和应用价值。


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