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碳纤维水泥基复合材料电性能及其改善的研究

刘军  
【摘要】:碳纤维水泥基复合材料作为一种新型的复合材料,越来越受到人们的重视。这种新型的复合材料不仅具有优越的力学性能,而且具有良好的电学性能,具有压敏性、Seeback效应和电热效应等特性。利用压敏性,可以对自身的应力状况和损伤程度进行自诊断检测,对公路交通进行监测:利用Seeback效应和电热放应,可以对结构的温度进行自诊断和自适应控制。 本文首先从理论和试验两个方面,对目前国内外碳纤维水泥基复合材料电阻测量中主要采用的两种方法——二电极法和四电极法——进行了比较研究,得出两种测量方法在测量碳纤维水泥基复合材料电阻时各自的适用范围,确定较优的测量方法; 其次,通过建立素水泥砂浆导电模型并结合试验,研究了素水泥砂浆这种水泥基材料的电性能。因为水是导电的,所以水泥基复合物的电性能会随着含水量的变化而变化。含水量是水泥基材料电性能重要的影响因素。 接着,通过建立碳纤维水泥净浆导电模型并结合试验,研究了碳纤维水泥净浆这种碳纤维水泥基复合材料的电性能。试验中选取两种不同的碳纤维掺量,来研究龄期、含水量、碳纤维掺量、循环加载速度等诸因素对碳纤维水泥基复合材料电性能的影响。 然后,通过建立碳纤维水泥砂浆导电模型并结合试验,研究碳纤维水泥砂浆这种碳纤维水泥基复合材料的电性能。结合比较碳纤维水泥净浆电性能的试验结果,研究掺加细骨料对碳纤维水泥基复合材料电性能的影响。 最后,针对碳纤维水泥基复合材料研究中存在的电性能的稳定性和可重复性不佳的问题,提出了改善的途径和具体措施,即:在碳纤维水泥基复合材料中添加纳米导电炭黑作为导电填料,对纤维间的微观结构进行改善。通过建立纳米炭黑—碳纤维水泥砂浆的导电模型并结合试验,研究添加纳米炭黑对碳纤维水泥基复合材料电性能的稳定性和可重复性的改善。


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