掺碳纤维和石墨水泥砂浆电学性能研究

碳纤维水泥砂浆试块力学性能研究

概括介绍了碳纤维导电水泥砂浆的国内外的研究现状;简述了碳纤维水泥基复合材料的三种导电机理——渗透理论,隧道效应学说和电场发射学说;展望了它的研究动态和应用前景。

研究了碳纤维增强水泥砂浆的抗压强度、抗折强度、体积电阻率随纤维掺量变化情况,以及体积电阻率在轴向单调外力和循环外力作用下的变化情况。应用sem观察了碳纤维增强水泥砂浆的微观结构。研究结果表明碳纤维水泥砂浆具有机敏特性,可以通过测量其电阻率的变化用来监测其受力情况。

目前,对于碳纤维水泥基复合材料在常温下的压敏性能,国内外做了大量的研究工作。由于我国的一些地区冬季气温较低,日平均气温在0℃以下,在这种低温环境下,探索碳纤维水泥基复合材料的低温压敏性能有重要意义。本次试验拟研究碳纤维水泥砂浆在0℃以下的压敏性能,比较其与常温下压敏性能的异同,为今后在土木工程结构健康监测的应用打下基础。

第37卷第9期硅酸盐通报 vol.37no.92018年9月bulletinofthechineseceramicsocietyseptember，2018 纤维和胶粉对水泥砂浆力学和抗裂性能的影响 王月明 1 ，唐永志 2 ，刘开伟 1 ，李静静 1 ，刘朋 1 ，陈东 1 ，叶哲 1 （1.安徽建筑大学先进建筑材料安徽省重点实验室，合肥230022；2.淮南矿业集团有限责任公司，淮南232001） 摘要：温湿度变化、胶凝材料本身变形和结构的约束是引起外墙砂浆开裂的主要原因，研究了3mm短切耐碱玻璃 纤维和可分散胶粉的掺入及掺量对砂浆抗折强度、抗压强度、弹性模量和干燥收缩性能的影响，并制备了914mm ×610mm×19mm的自由大板和内环约束的φ650mm×φ800mm×100mm试件进行了室外暴

改性剑麻纤维对水泥砂浆的性能研究

研究掺加芳纶纤维对水泥砂浆抗折、抗渗性能的影响。通过分析实验数据,发现掺加适量的芳纶纤维可以有效提高水泥砂浆的抗折、抗渗性能。研究了芳纶纤维增强水泥砂浆的作用机理。

竹纤维增强水泥砂浆性能研究

为了研究碳纤维掺量对水泥砂浆力学性能的影响,对不同掺量下水泥砂浆的抗压强度与劈裂抗拉强度进行了测试.试验结果表明,随着碳纤维质量百分数的增加,水泥砂浆的抗压强度和劈裂抗拉强度都有不同程度的提高.当碳纤维掺量达到0.6％时抗压强度最大;达到0.8％时劈裂抗拉强度最大.

试验研究了掺入石墨及碳纤维对水泥砂浆体积电阻率及抗压强度的影响。结果表明,砂浆体积电阻率随石墨掺量增加而降低,且经历了先缓慢下降、后急剧下降,再缓慢下降三个阶段;在石墨掺量较低时,砂浆的强度略有降低,当石墨掺量大于20%时,砂浆强度的降低幅度则较大。当碳纤维掺量由0～2%逐渐增加时,砂浆的抗折强度也逐渐增大,而抗压强度虽有波动但相差不大;砂浆的电阻率随碳纤维掺量增加而有所降低,但效果不及掺加石墨明显。复合掺加碳纤维与石墨对降低试件电阻率效果较好。掺加钢砂对砂浆的体积电阻率影响不大。

采用"六步"成型工艺制备了短切碳纤维水泥砂浆试件,利用nrl反射率测试系统,研究了碳纤维掺量、水灰比和高效减水剂等因素在8～18ghz频率段对碳纤维水泥砂浆电磁反射性能的影响。结果表明,未掺碳纤维的水泥砂浆对电磁波最大吸收峰值为-29.3db,当碳纤维掺量由0.2%增加到1.0%时,碳纤维水泥砂浆的电磁波反射性能逐渐增强,碳纤维掺量为0.6%时,出现拐点且反射率均>-10.0db。相同条件下,水灰比0.6时,在高频阶段主要表现吸波性;掺入高效减水剂时,在不同频段的反射率均>-8.0db;与萘系高效减水剂和未掺高效减水剂时相比,掺入聚羧酸系高效减水剂时,碳纤维水泥砂浆对电磁波主要呈现反射性。

研究了碳纤维水泥砂浆在干燥和潮湿状态下的电导率和电热温升.试验结果表明:当碳纤维掺量为0.3%(质量分数,下同)时,碳纤维水泥砂浆导电主要以水化离子导电为主,其在潮湿状态下的电导率和电热温升均较干燥状态的大;当碳纤维掺量由0.3%增加到0.7%时,碳纤维间距离减小,碳纤维水泥砂浆导电逐渐由以水化离子导电为主过渡到以碳纤维隧道效应导电为主,故其在潮湿状态下的电热温升较干燥状态的小,但电导率仍较干燥状态的大;当碳纤维掺量从0.7%增大到1.0%时,碳纤维导电网络形成,碳纤维水泥砂浆导电以碳纤维接触导电为主,水化离子导电相对可以忽略不计,因此其在潮湿状态下的电导率和电热温升均较干燥状态下的小.

以有机聚丙烯纤维为对比,进行了无机玄武岩纤维水泥砂浆的抗压、抗折、抗拉伸及抗弯系列力学性能试验研究。研究结果表明:在最佳掺量下,玄武岩纤维水泥砂浆的各种力学性能优于聚丙烯纤维水泥砂浆;玄武岩纤维对水泥浆体早期具有显著的增强作用,但降低了水泥砂浆的28d强度;掺入玄武岩纤维可以增加砂浆的韧性,对砂浆的抗拉强度改善起到了一定作用;玄武岩纤维对砂浆的抗弯破坏强度改善不显著,但明显增大了相同荷载下试件的挠度。

采用二步法制备不同纤维掺量的短切芳纶纤维增强水泥砂浆试样,研究添加剂羧甲基纤维素钠(cmc)和硅微粉对复合材料力学性能的影响。结果表明:羧甲基纤维素钠能够有效地促进纤维在水中的分散,进而促进其在水泥砂浆中的分散;掺加一定量的硅微粉能够进一步提高试样的压缩强度。当纤维体积分数为5%时,试样的力学性能最好,弯曲强度从2.6mpa提高到了8.3mpa,压缩强度也从29.5mpa提高到了54.3mpa。

以聚丙烯纤维和玄武岩纤维混杂,进行了混杂纤维增强水泥砂浆的抗压、抗折及抗弯性能的试验研究。研究结果表明,混杂纤维并不能显著提高基体的抗压强度,但在总体积掺率为0.15%,bf∶pp(体积比)=1∶1时,混杂纤维提高了水泥砂浆28d的抗折强度和抗弯强度,较单掺纤维的水泥砂浆表现出一定的优势;由于聚丙烯纤维和玄武岩纤维在基体中发挥不同的作用,使得混杂纤维在提高基体强度的同时,也改善了水泥砂浆的弯曲韧性。

通过力学试验,研究不同玻璃纤维掺量和质量比相同的玻璃纤维水泥砂浆试件的抗压强度、弹性模量、泊松比等力学性能,结果表明玻璃纤维掺入量影响水泥砂浆的力学性能,且玻璃纤维的最优掺入量为2‰,可为玻璃纤维水泥砂浆的推广使用提供参考。

对纤维水泥砂浆的力学性能分析表明,加入聚丙烯纤维后,(1)砂浆的体积密实,抗压强度有一定提高;(2)砂浆的韧性增加,脆性降低,提高了砂浆的抗拉强度;(3)对抵抗砂浆收缩有明显作用,尤其对早期砂浆的收缩有明显的改善效果;(4)经多次冻融循环,质量损失和强度损失都明显降低。

基于对富镁尾矿资源化利用途径的开发,制备新型膨胀材料,对新型膨胀材料与掺合料对水泥砂浆自由变形、干缩变形和限制变形性能的影响展开研究。结果表明:升高水化温度对水泥砂浆前期膨胀速率的增加比较明显,对水化后期影响较小;膨胀材料和粉煤灰双掺可较好地抑制水泥砂浆的干缩,使干缩在90d就趋于稳定;养护温度对水泥砂浆限制膨胀率影响较大,使用该膨胀材料时要注意温控;拟合曲线表明,该新型膨胀材料具有持续稳定的膨胀性能,不存在无限膨胀和回缩现象。

从水泥基体的性能出发,研究了水胶比、矿物掺合料品种与掺量及养护方法对碳纤维水泥砂浆力学性能的影响。同时还研究了碳纤维水泥砂浆的流动性对碳纤维均匀分散的作用。

对在自然条件下存放5年的石墨水泥砂浆注浆钢纤维混凝土(gsifcon)板进行了电热升温试验。结果表明:经过5年的自然存放gsifcon板内钢纤维无锈蚀产生,在小于350w/m2的功率下,升温速度接近5℃/h,具有稳定的导电升温性能,长龄期导电耐久性能令人满意。

采用芳纶纤维、聚丙烯纤维增强水泥砂浆,研究了纤维单掺及其混杂对砂浆力学性能和收缩性能的影响。结果表明:掺加适量芳纶纤维、聚丙烯纤维明显提高了砂浆的抗折强度,有效降低了砂浆的收缩率,其中混杂纤维对砂浆的作用效果最为明显。芳纶纤维与聚丙烯纤维混杂增强砂浆与空白砂浆相比,其28d抗折强度增大了22.1%,56d收缩率下降了58.2%。利用扫描电子显微镜对砂浆的微观结构进行了观察与分析,探讨了纤维对水泥砂浆的作用机理。

研究了用粉煤灰替代硅粉作为碳纤维水泥砂浆超细粉的可能性;对其它组分及配比相同但掺用两种不同超细粉的试件的导电能力及机敏性能的试验研究表明,粉煤灰作为碳纤维水泥砂浆中的超细粉,其机敏性能较掺入硅粉的碳纤维水泥砂浆得到改善,且材料的制备成本得以降低。