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碳纤维水泥基复合材料力电性能尺寸效应研究

邱虎  
【摘要】:混凝土是土木工程中应用最广泛的工程材料。但混凝土结构在其服役过程当中,由于荷载作用、环境腐蚀以及损伤疲劳等不利因素的影响使得其结构材料劣化,使用功能降低,严重影响其使用寿命,使得混凝土结构的安全性和耐久性降低。因此,对已建和新建的混凝土结构进行监测,及时发现结构的安全隐患,对可能出现的破坏进行提前预警,是对结构安全性进行监控的行之有效的方法。碳纤维水泥基复合材料是一种新型的且性能优异的智能材料,可作为在线损伤检测传感器。该技术已引起愈来愈多的国内外学者的重视,其应用研究领域也在不断地扩展。本文结合江西省自然科学基金项目:碳纤维混凝土力电性能的尺寸效应研究(2009GZC0019)对碳纤维水泥基复合材料的导电性能及其力电性能的尺寸效应影响进行了深入的研究,本论文的主要研究内容包括: 1.探讨了碳纤维复合材料的导电机理和力电效应机理、制作工艺及影响因素,认为研究碳纤维复合材料力电性能前,制备分散均匀、粘结性能好且灵敏度高的材料是研究这类问题的关键问题之一,碳纤维的的分散性、碳纤维的含量以及长度,水灰比,养护龄期等对碳纤维复合材料的电阻率具有明显的影响。 2.设计并制作了54根几何相似的碳纤维水泥砂浆棱柱体试件,通过试验研究了碳纤维水泥砂浆棱柱体在单向加载作用下的应力-应变、静力受压弹性模量、极限荷载等力学性能参数及体积电阻率、电阻改变率等电学参数与结构件尺寸及应力状态的对应关系。通过试验结果分析了几何相似碳纤维水泥砂浆棱柱体在单向受压作用下的力电机敏性,得到了碳纤维水泥砂浆棱柱体在单调受压加载、等幅循环加载过程中电阻率变化量与应力-应变的对应关系及尺寸效应现象。 3.设计并制作了30根几何相似的碳纤维混凝土(粗骨料)棱柱体试件,通过试验研究了碳纤维混凝土(粗骨料)棱柱体在单向加载作用下的应力-应变、极限荷载、体积电阻率、以及电阻改变率与结构件尺寸及应力状态的对应关系。通过试验结果分析了几何相似碳纤维混凝土(粗骨料)棱柱体试件在单向受压作用下的力电机敏性,得到了碳纤维混凝土(粗骨料)棱柱体在单调受压加载、等幅循环加载过程中的电阻率变化量与应力-应变的对应关系及尺寸效应现象。


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