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纳米碳纤维混凝土在劈裂及抗弯试验中的压敏特性研究
  • 资料大小:260KB
  • 资料类型:.PDF
  • 资料等级:
  • 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

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