纳米碳纤维混凝土在劈裂及抗弯试验中的压敏特性研究

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发布时间：2021-10-10

资料介绍

示：纳米碳纤维混凝土的电阻会随压应力的增大而减小，随拉应力的增大而增大，电阻变化率与拉、压
应力之间呈良好的线性规律；适当掺量且分散良好的纳米碳纤维可以使混凝土复合材料获得良好的压敏特性，成
为自身具有损伤评估和应变监测功能的传感器。基于纳米碳纤维混凝土的良好压敏特性，将其作为具有应变监测
功能的智能混凝土材料应用于桥梁结构中非常可行。
关键词：纳米碳纤维；混凝土；电阻变化率；压敏特性；试验
中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1671—7767(201：2)04—0069—04
1 引言
桥梁健康监测是对桥梁结构进行整体行为的实
时监控和结构状态的智能化评估，但目前对桥梁结
构整体的损伤识别与定位尚未成熟。现有研究方法
主要采用在桥梁结构中置人传感器进行应变监测和
数据采集处理口 ]。该方法成本大，且外置传感器
受温度等环境因素影响，虽然有研究对测量结果进
行了一定的补偿计算 ]，但应变数据的准确性仍有
待商榷。有研究表明，由于水泥基材中的纤维在微
裂缝开合过程中的拉出与推人，引起复合材料导电
性能的变化，其直流电阻会对应变、损伤和温度变化
产生响应。短切碳纤维混凝土和纳米碳纤维砂浆的
自我监测功能就是基于在压力作用下其电阻与应变
间的响应关系 ]，使得这些复合材料成为一种新型
应变感应器_7 ]。由于纳米材料的特异效应，掺加
纳米材料的混凝土复合材料物理性能明显优于普通
混凝土 ]，且该复合材料的渗滤电导效应和隧道
电导效应使其还具有应变监测和电磁屏蔽的性能。
为促进智能混凝土材料在桥梁结构上的应用，
以及为桥梁结构的健康监测提供有效的技术支持，
本文主要通过劈裂试验和四点抗弯试验研究纳米碳
纤维普通混凝土 (CNFC)和纳米碳纤维自密实混凝
土(CNFSCC)的压敏特性。
2 试验材料和试件制备
2．1 试验材料
(1)纳米碳纤维 (CNF)。试验中采用来自 PPI
公司的纳米碳纤维产品，型号为 PR一19一XT—LHT—
OX，其经过氧化和高温表 i 处理，具有更好的导
电性。
(2)混凝土外加剂。高效减水剂 (HRWR)采
用 BASF Chemical公司的 Glenium 3200 HES，它
是一种聚羧酸盐高效早强型外加剂，用以降低混凝
土的粘稠度，同时也有助于纳米碳纤维的分散。消
泡剂采用 Dow Corning公司的 Antifoam 221O(AF，
硅酮乙二醇乳液 )，以帮助减少加入表面活性剂以后
与水搅拌时产生的气泡。
(3)混凝土材料。试验采用 TXI公司的低碱
波特兰水泥 Type I／II；粗骨料采用辉绿岩碎石，
其粒径为 5～20 mm；细骨料采用细度模数为 2．71
的普通河砂；水采用普通自来水。
2．2 试件的制备
试验设计了 8种不同配合比的混凝土 (见表
1)。试验制备了圆柱体和长方体 2种形状的试件，
分别用于劈裂试验和抗弯试验。圆柱体试件直径为
10 cm、高 20 em。长方体试件尺寸为 7．5 cm×7．5
cm × 20 ClTI。
制备 CNFC试件时，先将水与 CNF 置于最大
速度为 24 000 rpm 的搅拌器中，高速搅拌 3 min得
到水、CNF悬浊液。在 CNI SCC配方中同时加入
高效减水剂和消泡剂，得到水、HRWR、AF、CNF悬
浊液。把粗、细骨料和水泥混入离心搅拌机中搅拌
3 rain拌和均匀后，缓缓倒入水、CNF 或水、HRWR、AF、CNF悬浊液，再搅拌 5 min直到获得良好