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碳纤维水泥基复合材料的导电性能研究

白轲  
【摘要】: 碳纤维水泥基复合材料(Carbon Fiber Cement Composites,简称CFCC)是在普通水泥基材料中掺入短切碳纤维而成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能,而且具有机敏特性,其中温敏性又是碳纤维水泥基复合材料机敏性的一个重要方面。当对CFCC两端施加电压时,材料中产生发热效应,利用这一特性,导电混凝土有望用于结构变形校正、室内采暖、寒冷地区道路和桥梁的除雪化冰。 本文首先分析了分散剂和硅灰在碳纤维水泥基复合材料制备过程中的作用;接着试验研究了碳纤维水泥基复合材料的导电性能的影响因素;最后,重点研究了碳纤维水泥基复合材料的温敏性,并在此基础上设计出水泥砂浆特殊叠层结构,探讨了将其用于除冰化雪的可能性。取得的主要成果如下: 1、分散剂和硅灰在CFCC的配制过程中作为填充剂,均能有效提高碳纤维在水泥基体中的分散性,且两种材料对碳纤维的分散效果是相互作用,相互影响,没有体现叠加效应。 2、CFCC的电阻率随碳纤维掺量的增加而减小,随养护龄期的增长而增大;当碳纤维掺量小于0.4%时,CFCC的电阻率随试样内部含水量的增加而减小,而当碳纤维掺量大于0.4%时,其电阻率随含水量的增加而增大。 3、碳纤维水泥基复合材料有良好的温敏性。在不同碳纤维掺量下,CFCC温差电动势随着温差的增大而呈线性增加,并且随着纤维掺量的增大,温差电动势率越大;在20℃~90℃范围内,碳纤维水泥砂浆的电阻率随温度的升高而降低,而净浆的电阻率随温度的升高先减小后增大,呈现PTC和NTC效应。 4、碳纤维水泥砂浆叠层结构在外加电压作用下,有较好的发热效果。在20~30V电压下,试样的平均电功率在300~500W/m~2之间,一小时内温度升高6℃左右,基本能够满足实际需要。


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