静载及动载作用下碳纤维混凝土压敏性试验研究

论文摘要

碳纤维混凝土(CFRC)是在普通混凝土中掺入短切碳纤维而制成的一种复合材料。这种材料不但具有优良的力学性能,而且具有机敏特性,像压敏性、温敏性等。由于其电阻具有随其内部应力场和应变场变化而变化的特征,因而可以通过其电阻变化来实时监测结构的损伤状况,进而预测结构的剩余寿命。鉴于这种机敏性,碳纤维混凝土在道路、桥梁、大坝、海洋结构等大型复杂基础设施的健康监测方面展现出良好的发展前景。本文主要是为交通系统的健康监测提供一种理论依据。所以为了提出一种新的研究碳纤维混凝土的压敏性的实验方法,本文主要做了以下主要工作：首先,对碳纤维混凝土的国内外研究现状进行了比较全面的评述。以碳纤维混凝土立方体试件为研究对象,探讨了碳纤维混凝土的制造工艺,通过掺加表面活性剂和超细粉解决了纤维的均匀分散问题；并提出较为理想的电阻测试方法。其次,通过探讨碳纤维掺量、龄期、极化效应、电极形式、布置方式及加载方式对碳纤维混凝土导电性、压敏性的影响,确定了研究碳纤维混凝土压敏性的电阻测试方法。最后,建立了测试碳纤维混凝土试件的压敏性试验系统,研究了试件静载及动载作用下电阻的变化。研究结果表明碳纤维混凝土有比较显著的压力依赖性,且电阻的变化能定量地反映出作用在其上的压力变化,所以碳纤维混凝土可用作压力传感器。碳纤维混凝土既是结构材料,又是功能材料,可以用于结构健康监测；碳纤维混凝土的压敏性不仅可以用于监测车速,车重和车流量,还可以监测道路变形和损伤情况,具有广阔的应用前景。以上研究成果,对深入认识碳纤维混凝土的机敏特性及其导电机理,对碳纤维混凝土早日应用于工程实际,具有一定的理论意义和应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 智能材料的研究及应用现状
• 1.2.1 智能材料的概念、分类
• 1.2.2 智能材料的基本组成和工作过程
• 1.2.3 智能材料的应用和发展趋势
• 1.3 智能混凝土的发展历史和研究现状
• 1.3.1 智能混凝土的发展历史及主要成果
• 1.3.2 智能混凝土的研究现状
• 1.4 碳纤维混凝土的概述
• 1.4.1 碳纤维混凝土的发展历程
• 1.4.2 碳纤维混凝土的基本性能
• 1.5 碳纤维混凝土的国内外研究现状
• 1.5.1 国外研究现状
• 1.5.2 国内研究现状
• 1.6 研究目的、意义和内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究意义
• 1.6.3 主要研究内容及方法
• 第二章 碳纤维混凝土的导电机理
• 2.1 复合材料的导电机理
• 2.1.1 复合材料导电性基本概念
• 2.1.2 复合材料的导电机理
• 2.2 碳纤维复合材料的导电机理
• 2.2.1 导电通路形成理论
• 2.2.2 室温导电机理
• 2.2.2.1 通道导电理论
• 2.2.2.2 隧道效应理论
• 2.3 碳纤维智能混凝土的导电机理
• 2.3.1 碳纤维智能混凝土的导电组分
• 2.3.2 碳纤维智能混凝土的导电模型
• 第三章 碳纤维混凝土试件的制备
• 3.1 引言
• 3.2 试验材料及工艺
• 3.2.1 试验材料
• 3.2.1.1 导电材料
• 3.2.1.2 水泥基体材料
• 3.2.1.3 外掺粉料的选择
• 3.2.1.4 外加剂的选择
• 3.3 制备工艺研究
• 3.3.1 分散工艺
• 3.3.2 加料工艺
• 3.3.3 成型工艺
• 3.3.4 制备工艺
• 第四章 静载及动载作用下碳纤维混凝土压敏性试验研究
• 4.1 试验概况
• 4.1.1 试验原材料和主要试验设备
• 4.1.1.1 试件原材料
• 4.1.1.2 主要试验设备
• 4.1.2 试件制作和配合比计算
• 4.1.2.1 试件制作
• 4.1.2.2 试件配合比计算
• 4.1.3 电阻测试方法
• 4.1.3.1 电极制作
• 4.1.3.2 极化机理
• 4.1.3.3 用直流法测量导电混凝土的电阻率
• 4.2 龄期对体系电阻率的影响
• 4.3 静载作用下碳纤维混凝土压敏性试验研究
• 4.3.1 试验方案
• 4.3.2 结果与分析
• 4.4 动载作用下碳纤维混凝土压敏性试验研究
• 4.4.1 实验方案
• 4.4.2 结果与分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介