冲击作用下碳纤维混凝土的力敏性试验研究

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发布时间：2021-09-08

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冲击作用下碳纤维混凝土的力敏性试验研究
李尚青，苏健军，孔霖
(西安近代化学研究所，陕西西安710065)
摘要：碳纤维混凝土(CFC)具有良好的力敏特性，能制成传感器用于混凝土结构的状态监测。利用钢
球自由落体撞击圆柱形试样，进行了老化前后和不同撞击高度的试验，并分析了各因素对试样力敏性的影
响。试验结果表明：试样的电阻变化对冲击作用响应快；老化前的试样在承载较小时，试样处于弹性区，电
阻随压力增大而减小，承载较大时，试样进入弹塑性区，电阻随压力增大而增大；老化后的试样，承载即进
入弹塑性区。
关键词：碳纤维混凝土；冲击作用；力敏性
中图分类号：TU528．5 文献标识码：A 文章编号：1000-9787(2016)01--0004--03
Experimental study of force sensitive properties of carbon fiber
concrete under impact action
LI Shang-qing，SU Jian-jun，KONG Lin
(Xi’an Modern Chemistry Research Institute，Xi’an 710065，China)
Abstract：Carbon fiber concrete(CFC)has good force sensitive properties and can be made into sensor and used
in condition monitoring of concrete structure．The tests before and after aging and different impact height is carried
out using impact action of free—falling steel ball striking cylindrical specimens．Test results show that resistance
change of specimens can make a quick response to impact action；specimens before aging are at elastic stage when
loading is small，resistance decreases as load gets higher．Specimens will be at elasto-plastic stage after aging，
resistance increases as load gets higher．
Key words：carbon fiber concrete(CFC)；impact action；force sensitive property
0 引言
混凝土经过两百多年的发展，已成为现在应用最为广
泛的建筑材料。在长期的使用过程中，混凝土会由于疲劳
效应、材料老化等原因发生损伤，最终可能失效导致突发事
故，还可能承受冲击荷载，特别是国防工程中的混凝土结构
面对弹药的侵彻、爆炸等的作用，更容易发生断裂等损伤，
从而危及建筑和人员的安全，所以，对混凝土建筑结构的状
况进行及时监测十分重要。
美国的Chung D D L教授发现，在混凝土中添加一定
量的碳纤维能使得混凝土具有良好的压力电阻效应。
在国内，武汉理工大学的李卓球课题组最早开展了碳纤维
混凝土(carbon fiber concrete，CFC)的力敏性研究，哈尔
滨工业大学的欧进萍等人定型了一种CFC传感器，能实现
对0～10MPa输入范围的压力测量，汕头大学的谢慧才等人
研究了CFC梁构件弹性应力自监测的规律 J，沈阳建筑大
学的吴献等人研究CFC三向受压状态下力学与电学性能，
收稿日期：2015—11一ii
认为能应用于道路测重系统 J。基于CFC的力敏性研发
的CFC传感器，不仅能很好地实现和被测混凝土结构的兼
容，还有着价格低廉、操作性好、使用寿命周期长等传统传
感器不具备的优势，适合内嵌于大体积混凝土中进行状态
监测。
目前有关CFC力敏性的研究主要是在准静态加载情
况下进行，陆见广进行了碳纤维智能混凝土梁在石球撞击
产生冲击荷载作用下的力电效应研究，其他有关冲击作
用下的研究很少。本文进行了圆柱形CFC试样在冲击载
荷作用下的力敏性试验研究，为将其作为传感器应用于混
凝土结构状态监测提供依据。
1 试验
1．1 试样的制作
CFC试样制作采用的原材料包括：复合硅酸盐水泥
P·C32．5R，本地细砂，自来水，硅灰，短切PAN基碳纤维，