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《重庆大学》 2009年
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含Fe_(1-δ)O废渣砂浆的导电性和机敏性研究

贾兴文  
【摘要】: 机敏混凝土是具有自感知、自适应和损伤自修复等智能特性的多功能材料,利用这些特性可以实现结构的在线健康监测和损伤检测,在大型土木工程结构和基础设施的健康监测以及电子设备的电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。目前主要是利用碳纤维、石墨、炭黑、钢纤维等导电材料制作导电机敏混凝土。但是碳纤维价格高昂,在混凝土中分散性较差,表面处理也较为复杂;石墨或炭黑掺量较高时,导电混凝土强度明显下降;钢纤维在混凝土的碱性环境中易钝化,使钢纤维导电混凝土的电阻率随着龄期的增长明显增大。上述问题严重制约了导电机敏混凝土的应用,因此研究导电性、压敏性和力学性能良好、价格低廉且实用价值高的导电机敏混凝土具有非常重要的意义。 铁氧化物(Fe_(1-δ)O)包括FeO、Fe_2O_3和Fe_3O_4,都是非化学计量化合物,并且都存在结构缺陷,因此Fe_(1-δ)O具有半导体的性质。FeO和Fe_3O_4在常温下的电阻率分别为5×10~(-2)Ω·cm和4×10~(-3)Ω·cm,与沥青基碳纤维的电阻率基本相同。磁选粉煤灰和钢渣中Fe_(1-δ)O的含量约为30%,因此磁选粉煤灰和钢渣有可能作为导电材料用于制备导电砂浆。利用磁选粉煤灰和钢渣,采用制备普通砂浆的工艺制备的废渣砂浆价格非常低廉。通过对比试验发现,当磁选粉煤灰掺量超过40%或钢渣掺量超过50%时,废渣砂浆的导电性与掺加粗细集料的碳纤维混凝土或石墨混凝土的导电性基本相同,而压敏性和力学性能优于上述两种导电混凝土。 利用含Fe_(1-δ)O废渣制备出了导电性和压敏性良好、价格低廉且同时具有良好力学性能的导电砂浆,不仅拓宽了机敏混凝土的研究范围,也有利于促进新型智能建筑材料的研究与应用。在分析废渣砂浆的导电性和压敏性机理的基础上,系统地研究了含Fe_(1-δ)O废渣砂浆的导电性和不同荷载条件下废渣砂浆的压敏性,以及含水率、温度、废渣掺量、养护制度等因素对废渣砂浆导电性和压敏性的影响。通过试验发现:(1)随着废渣掺量的增加,废渣砂浆的导电性和压敏性逐渐增大;随着龄期的延长,废渣砂浆的导电性逐渐减弱,压敏性逐渐增大,但28d龄期后导电性和压敏性趋于稳定。(2)随着废渣砂浆导电性的增强和龄期的延长,含水率、温度、养护制度和试件尺寸等因素对废渣砂浆导电性和压敏性的影响逐渐减弱。(3)废渣导电砂浆具有良好的压敏性,荷载作用方式对压敏性有很大影响。(4)随着加荷速度的增加,废渣砂浆的压敏性逐渐增强。(5)三轴受压时,随着围压的增大,在较低应力状态下,废渣砂浆的压敏性有所减弱。(6)废渣砂浆的电阻变化和应力变化具有较好的相关性,在循环荷载作用下,当应力小于弹性极限时,随着应力的循环变化,废渣砂浆的电阻也产生循环变化,但电阻变化滞后于应力变化。 通过模拟冻融循环,干湿循环,酸、碱、盐侵蚀和碳化等侵蚀性环境,研究了废渣砂浆在侵蚀性环境中导电性和压敏性的变化,以及导电性和压敏性变化与力学性能变化的关系。经历多次冻融循环、酸溶液以及硫酸盐侵蚀,废渣砂浆的导电性和压敏性明显降低;经历多次干湿循环,废渣砂浆导电性和压敏性逐渐降低;NaCl溶液和碱溶液浸泡后,废渣砂浆的导电性和压敏性明显增强;人工碳化对废渣砂浆的导电性和压敏性没有明显影响。在侵蚀性环境中,废渣砂浆的力学性能变化与导电性变化明显相关,通过监测废渣砂浆的电阻变化,可以反映其力学性能的变化。这也说明通过监测混凝土材料在侵蚀性环境中的电阻变化,可以为评估其耐久性和损伤提供参考。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TU578.1

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【引证文献】
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