碳纤维/纳米碳黑复合材料的力学和电学性能研究

论文摘要

本文对纳米碳黑复合树脂涂层、素混凝土、碳纤维混凝土、纳米碳黑混凝土的力学与电性能进行了研究，并对机敏结构做了初步的探讨，提出：通过调节环氧树脂与固化剂的比例，加入适量的纳米碳黑，并搅拌充分后，得到的纳米环氧树脂复合材料电阻率大大降低，将这种复合树脂在钢筋表面做成涂层，能感知钢筋应力应变的变化，并且在结构中表现出明显的压阻效应。因此，此复合树脂能作为钢筋的应力、应变传感元件。通过在混凝土中加入适量的纳米碳黑、碳纤维两种材料，对其力学性能和电学性能进行了对比研究，发现适量加入纳米碳黑、碳纤维经充分分散后，能提高混凝土的抗折抗压强度。但两者改善混凝土的机理是不同的，纳米碳黑是通过纳米尺寸效应和高的表面活性，降低混凝土内部结构的空隙率，改善混凝土粗骨料之间的薄弱环节来提高混凝土的强度，而碳纤维是靠嵌固作用控制混凝土内部裂纹的发展来提高混凝土的强度。同时，纳米混凝土和碳纤维混凝土都表现了压敏特性。对不同配合比和不同龄期的纳米混凝土、碳纤维混凝土对比研究后，发现纳米混凝土的压敏性能较碳纤维混凝土稳定，可作为本征材料用于智能结构与系统。最后对钢筋混凝土机敏梁结构作了初步的探讨，提出利用复合纳米环氧树脂作为钢筋的应力应变传感元件，利用纳米混凝土材料感知混凝土的压应力的变化的方法，并得到了令人满意的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳纤维复合水泥基材料的研究现状
• 1.2.1 CFRC力学性能的研究及应用现状
• 1.2.2 CFRC电学性能的研究及应用现状
• 1.2.3 CFRC力电机敏性的研究现状
• 1.3 当前CFRC复合材料研究的不足之处
• 1.4 纳米碳黑复合材料的研究现状
• 1.5 本文的研究思路与内容
• 第二章 纳米碳黑环氧树脂复合材料压阻效应的研究及应用
• 2.1 引言
• 2.2 不同配合比的纳米碳黑复合树脂的压阻效应研究
• 2.2.1 材料特性及复合树脂的制作工艺
• 2.2.2 试验方法与过程
• 2.2.3 试验结果与分析
• 2.2.4 本节小结
• 2.3 复合树脂涂层在构件中的压阻特性的应用研究
• 2.3.1 试件的制作与加载系统
• 2.3.2 试验结果与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 纳米碳黑/碳纤维混凝土力学性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料的特性
• 3.3 试验试件的制备过程
• 3.3.1 纳米碳黑混凝土的制备工艺
• 3.3.2 碳纤维混凝土的制备工艺
• 3.3.3 素混凝土的制备工艺
• 3.4 试验的测试方法与过程
• 3.5 试验结果与分析
• 3.6 纳米碳黑/碳纤维对混凝土力学性能影响的机理分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 纳米碳黑/碳纤维混凝土电性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验构件的制作与测试系统
• 4.3 素混凝土电性能随龄期增长的变化规律
• 4.3.1 素混凝土电性能的测试结果
• 4.3.2 素混凝土电性能变化的机理分析
• 4.3.3 本节小结
• 4.4 碳纤维混凝土电性能随龄期增长的变化规律
• 4.4.1 碳纤维混凝土电性能的测试结果
• 4.4.2 碳纤维混凝土电性能的机理分析
• 4.4.3 本节小结
• 4.5 纳米碳黑混凝土电性能随龄期增长的变化规律
• 4.5.1 纳米碳黑混凝土电性能的测试结果
• 4.5.2 纳米碳黑混凝土电性能变化的机理分析
• 4.5.3 本节小结
• 4.6 本章小结
• 第五章 机敏梁结构的研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验材料与结构的制做
• 5.3 试验方案与过程
• 5.4 试验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 试验研究结论
• 6.2 展望与建议
• 参考文献
• 致谢