环境因素对纳米碳纤维-水泥基导电功能材料电阻率性能的影响及耐久性研究
发布时间：2021-11-17 09:31
近几十年来,使用导电水泥基材料制备智能混凝土建筑备受人们关注。智能建筑主要包括智能压阻感应材料,健康监测材料以及自除冰材料等等。智能材料能够极大地改善人们的生活质量。然而目前智能水泥基材料的应用非常有限,主要原因如下:首先,智能混凝土的制备需要高成本;其次,智能混凝土的功能性尚未达到实际服役的高标准;再者,智能材料的功能性极易受到动态环境的干扰。在实际服役环境中,智能压力、结构监测材料长期处于空气温度/湿度剧烈波动的环境中,因此,其监测结果受到严重干扰。与此同时,动态环境导致混凝土长期遭受因温度/湿度分布不均而引起的热应力破坏,导致水泥结构产生永久性损伤。然而目前,关于动态环境因素对智能材料的结构以及电阻率性能的影响探究较少。为使智能混凝土能够在实际服役环境中稳定输出、高效工作,首先,本研究使用高长径比、高导电性的纳米碳纤维（CNF）制备了导电水泥基材料,并且探究了CNF掺量、含水量、龄期、测试电压及环境温度对电阻率的影响,研究发现嵌入的纤维网络、离子通道及隧道导电通道均是水泥基体中主要的导电通路。其次,探究了焦耳热效应对CNF-智能材料导电性能的影响。研究表明,焦耳热效应能够决定隧道...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维掺量对水泥基材料电阻率的影响[5]
??慕?校?杂伤?鸾プ???榈绯Ｊ?洗蟮奈?剿?湍?海?档土死胱拥嫉缧?率；再者，纤维表面的水化产物层逐渐变厚，纤维间的绝缘势垒变大，电子通过隧道而跃迁变得不容易，所以碳纤维水泥砂浆的电阻值呈现逐渐增大的趋势。白轲[32]和陈敏[72]探究了养护龄期对碳纤维-水泥基材料导电性能的影响。实验发现电阻率在养护前28天电阻率上升趋势非常快，之后便趋于平缓。主要原因是熟料在前28天内水化速率非常快，之后比较缓慢。杨伟东[8]和曹艳[73]结合水泥矿物熟料的水化过程分析了养护龄期对碳纤维-水泥基试样电阻率的影响。如图1.2所示，在水化前期的溶解期和诱导期，试件含有大量水分以及水化离子（Ca2+，Na+，K+，OH，SO42等），此时试样的电阻率很校在加速期，水化反应比较剧烈，自由水被大量消耗，导致试样电阻率的变化速率非常快。研究还发现使用促凝剂能够改变水化速度，从而加快了电阻率的降低趋势。这进一步说明水泥基试样的电阻率性能与熟料的水化过程息息相关。李锐[74]也详细分析了电阻率变化与水泥水化过程中的联系，通过电阻率数值反映水泥浆体在不同水化阶段的物理、化学性质变化。研究发现在水化的溶解期和诱导期，电阻率主要由浆体中的液相决定；而在加速期和减速期，水泥浆体微结构的发展、以及孔隙结构的演变对电阻率的影响较大。图1.2碳纤维-水泥基试样的水化过程与电阻率变化[73]1.4.2.2孔隙水含量导电混凝土的水含量是离子导电效率的重要影响因素。白轲[32]的探究发现随浸泡时间的增加，碳纤维-水泥基材料的导电性能提升。在浸泡初期，试样电阻率下降较快，而后逐渐减慢。陈洋臣[75]探究了在不同含水量下钢纤维-石墨水泥基复合材料的电阻率
济南大学硕士学位论文15第二章原材料、仪器设备及实验方法2.1原材料与仪器设备2.1.1原材料分析实验中使用的胶凝材料为山水集团生产的普通硅酸盐水泥（P·O42.5）。其主要化学成分见表2.1；为显著提高水泥基复合材料的导电能力，纳米碳纤维分散液（CNF）作为导电填充相粒子被掺加到水泥基体中，纳米碳纤维分散液的固含量为0.5%，CNF的电导率在0.059到0.167Ωcm之间，扫描电镜图片和透射电镜图片见图2.1和图2.2，CNF的长度约为3-5μm，直径约为100nm。为使纤维-水泥浆体获得良好的工作性，在水泥基体中加入苏博特新材料有限公司提供的聚羧酸减水剂。为测试CNF-水泥基复合材料的导电性，无锡胜博公司生产的铜网作为电极。图2.1纳米碳纤维的SEM图像图2.2纳米碳纤维的TEM图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于结构损伤自监测的智能混凝土电阻-损伤试验研究[J]. 吴文鑫,田雨婷,陈锦毅,翟笑秋,刘琼. 新型建筑材料. 2019(02)
[2]冻融循环对钢纤维-石墨导电混凝土发热性能的影响[J]. 张阳,刘春晖,王海红,饶瑞. 混凝土与水泥制品. 2018(09)
[3]掺钢渣钢屑复合砂浆电磁屏蔽性能研究[J]. 赵若红,区浩文,傅继阳,庄志勇. 混凝土. 2015(03)
[4]碳纤维石墨导电沥青混凝土的制备及导电性能研究[J]. 王向阳,高宇星. 公路. 2012(01)
[5]镍粉复合水泥基材料的压敏性研究[J]. 韩宝国,林泽,欧进萍. 稀有金属材料与工程. 2009(S1)
[6]应力自感知水泥基复合材料及其传感器的研究进展[J]. 欧进萍,关新春,李惠. 复合材料学报. 2006(04)
[7]碳纤维导电混凝土的性能研究[J]. 沈刚,董发勤. 公路. 2004(12)
[8]碳纤维水泥基材料压阻效应研究[J]. 姚武,陈兵,吴科如. 河南科学. 2002(06)
[9]碳纤维增强水泥复合材料的电导性能及其应用[J]. 王秀峰,王永兰,金志浩. 复合材料学报. 1998(03)
博士论文
[1]基于阻抗法研究水泥基材料早期水化历程和孔结构演变[D]. 蔡荣瑾.武汉大学 2018
[2]环境条件对纳米碳纤维水泥基材料压阻性能的影响[D]. 汪晖.哈尔滨工业大学 2017
[3]多层石墨烯复合水泥基材料的多功能与智能特性[D]. 孙胜伟.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于电阻率法的水泥水化与收缩特性研究[D]. 廖宜顺.华中科技大学 2013
[5]碳纳米管水泥基复合材料制备及功能性能研究[D]. 罗健林.哈尔滨工业大学 2009
[6]融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究[D]. 侯作富.武汉理工大学 2003
硕士论文
[1]基于离子导电的水泥基复合材料性能研究[D]. 翁余斌.广州大学 2019
[2]水泥浆结构演变与电学性能关系研究[D]. 曹艳.西南石油大学 2018
[3]导电水泥基复合材料的制备与性能研究[D]. 卢静娴.石家庄铁道大学 2017
[4]基于智能预应力结构的碳纤维复合材料自感知特性研究[D]. 许兆辉.江苏大学 2016
[5]碳纳米管水泥基复合机敏材料的性能研究[D]. 魏姗姗.山东大学 2015
[6]水泥基压电材料压电效应的时变特性[D]. 薛鹏飞.燕山大学 2015
[7]高分散性碳纳米管/水泥基复合材料压敏性能与导电机理[D]. 蒙井.哈尔滨工业大学 2014
[8]三相复合导电混凝土用于道路及桥面融雪化冰的研究[D]. 刘建国.长安大学 2014
[9]环境因素对纳米碳纤维混凝土压敏特性的影响[D]. 姚斌.哈尔滨工业大学 2013
[10]掺功能材料水泥基材料电性能和磁性能的研究[D]. 彭海龙.南京航空航天大学 2013
本文编号：3500633
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
纤维掺量对水泥基材料电阻率的影响[5]
??慕?校?杂伤?鸾プ???榈绯Ｊ?洗蟮奈?剿?湍?海?档土死胱拥嫉缧?率；再者，纤维表面的水化产物层逐渐变厚，纤维间的绝缘势垒变大，电子通过隧道而跃迁变得不容易，所以碳纤维水泥砂浆的电阻值呈现逐渐增大的趋势。白轲[32]和陈敏[72]探究了养护龄期对碳纤维-水泥基材料导电性能的影响。实验发现电阻率在养护前28天电阻率上升趋势非常快，之后便趋于平缓。主要原因是熟料在前28天内水化速率非常快，之后比较缓慢。杨伟东[8]和曹艳[73]结合水泥矿物熟料的水化过程分析了养护龄期对碳纤维-水泥基试样电阻率的影响。如图1.2所示，在水化前期的溶解期和诱导期，试件含有大量水分以及水化离子（Ca2+，Na+，K+，OH，SO42等），此时试样的电阻率很校在加速期，水化反应比较剧烈，自由水被大量消耗，导致试样电阻率的变化速率非常快。研究还发现使用促凝剂能够改变水化速度，从而加快了电阻率的降低趋势。这进一步说明水泥基试样的电阻率性能与熟料的水化过程息息相关。李锐[74]也详细分析了电阻率变化与水泥水化过程中的联系，通过电阻率数值反映水泥浆体在不同水化阶段的物理、化学性质变化。研究发现在水化的溶解期和诱导期，电阻率主要由浆体中的液相决定；而在加速期和减速期，水泥浆体微结构的发展、以及孔隙结构的演变对电阻率的影响较大。图1.2碳纤维-水泥基试样的水化过程与电阻率变化[73]1.4.2.2孔隙水含量导电混凝土的水含量是离子导电效率的重要影响因素。白轲[32]的探究发现随浸泡时间的增加，碳纤维-水泥基材料的导电性能提升。在浸泡初期，试样电阻率下降较快，而后逐渐减慢。陈洋臣[75]探究了在不同含水量下钢纤维-石墨水泥基复合材料的电阻率
济南大学硕士学位论文15第二章原材料、仪器设备及实验方法2.1原材料与仪器设备2.1.1原材料分析实验中使用的胶凝材料为山水集团生产的普通硅酸盐水泥（P·O42.5）。其主要化学成分见表2.1；为显著提高水泥基复合材料的导电能力，纳米碳纤维分散液（CNF）作为导电填充相粒子被掺加到水泥基体中，纳米碳纤维分散液的固含量为0.5%，CNF的电导率在0.059到0.167Ωcm之间，扫描电镜图片和透射电镜图片见图2.1和图2.2，CNF的长度约为3-5μm，直径约为100nm。为使纤维-水泥浆体获得良好的工作性，在水泥基体中加入苏博特新材料有限公司提供的聚羧酸减水剂。为测试CNF-水泥基复合材料的导电性，无锡胜博公司生产的铜网作为电极。图2.1纳米碳纤维的SEM图像图2.2纳米碳纤维的TEM图像
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于结构损伤自监测的智能混凝土电阻-损伤试验研究[J]. 吴文鑫,田雨婷,陈锦毅,翟笑秋,刘琼. 新型建筑材料. 2019(02)
[2]冻融循环对钢纤维-石墨导电混凝土发热性能的影响[J]. 张阳,刘春晖,王海红,饶瑞. 混凝土与水泥制品. 2018(09)
[3]掺钢渣钢屑复合砂浆电磁屏蔽性能研究[J]. 赵若红,区浩文,傅继阳,庄志勇. 混凝土. 2015(03)
[4]碳纤维石墨导电沥青混凝土的制备及导电性能研究[J]. 王向阳,高宇星. 公路. 2012(01)
[5]镍粉复合水泥基材料的压敏性研究[J]. 韩宝国,林泽,欧进萍. 稀有金属材料与工程. 2009(S1)
[6]应力自感知水泥基复合材料及其传感器的研究进展[J]. 欧进萍,关新春,李惠. 复合材料学报. 2006(04)
[7]碳纤维导电混凝土的性能研究[J]. 沈刚,董发勤. 公路. 2004(12)
[8]碳纤维水泥基材料压阻效应研究[J]. 姚武,陈兵,吴科如. 河南科学. 2002(06)
[9]碳纤维增强水泥复合材料的电导性能及其应用[J]. 王秀峰,王永兰,金志浩. 复合材料学报. 1998(03)
博士论文
[1]基于阻抗法研究水泥基材料早期水化历程和孔结构演变[D]. 蔡荣瑾.武汉大学 2018
[2]环境条件对纳米碳纤维水泥基材料压阻性能的影响[D]. 汪晖.哈尔滨工业大学 2017
[3]多层石墨烯复合水泥基材料的多功能与智能特性[D]. 孙胜伟.哈尔滨工业大学 2017
[4]基于电阻率法的水泥水化与收缩特性研究[D]. 廖宜顺.华中科技大学 2013
[5]碳纳米管水泥基复合材料制备及功能性能研究[D]. 罗健林.哈尔滨工业大学 2009
[6]融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究[D]. 侯作富.武汉理工大学 2003
硕士论文
[1]基于离子导电的水泥基复合材料性能研究[D]. 翁余斌.广州大学 2019
[2]水泥浆结构演变与电学性能关系研究[D]. 曹艳.西南石油大学 2018
[3]导电水泥基复合材料的制备与性能研究[D]. 卢静娴.石家庄铁道大学 2017
[4]基于智能预应力结构的碳纤维复合材料自感知特性研究[D]. 许兆辉.江苏大学 2016
[5]碳纳米管水泥基复合机敏材料的性能研究[D]. 魏姗姗.山东大学 2015
[6]水泥基压电材料压电效应的时变特性[D]. 薛鹏飞.燕山大学 2015
[7]高分散性碳纳米管/水泥基复合材料压敏性能与导电机理[D]. 蒙井.哈尔滨工业大学 2014
[8]三相复合导电混凝土用于道路及桥面融雪化冰的研究[D]. 刘建国.长安大学 2014
[9]环境因素对纳米碳纤维混凝土压敏特性的影响[D]. 姚斌.哈尔滨工业大学 2013
[10]掺功能材料水泥基材料电性能和磁性能的研究[D]. 彭海龙.南京航空航天大学 2013
本文编号：3500633
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3500633.html
