掺碳纤维和石墨水泥砂浆电学性能研究.pdfVIP

第26卷第3期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) Vo1．26No．3 2009年 9月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Sep．2009 掺碳纤维和石墨水泥砂浆 电学性能研究 范晓明，董 旭 ，孙明清 ，李卓球 (武汉理工大学 a．材料科学与工程学院；b．理学院，湖北 武汉 430070) 摘 要：利用四电极法研究了内掺水泥基渗透结晶防水材料 (CCCW)的碳纤维石墨水泥砂浆试样水化期问和 硬化后的导电特性及在压缩循环荷载作用下的压阻特性。结果表明：随着养护龄期的增加，碳纤维石墨砂浆试 样的电阻值逐渐增加，并且逐步趋于稳定；石墨掺人量越大，试样电阻达到稳定值所需的养护时间越短；试样的 体积电阻率随石墨掺量的增加而下降，并存在渗流现象，渗流阈值为20％左右；此外，在循环荷载作用下，石墨 掺量为水泥质量分数的20％时，碳纤维石墨砂浆试样的体积电阻率与压应力之间呈现 良好的可重复性，电阻 值在应力加载时几乎以线性下降，而卸载时增加。 关键词：碳纤维 ； 石墨； 水泥基渗透结晶防水材料； 渗流阈值； 电阻率； 压阻特性 中图分类号：TU502 文献标识码 ：A 文章编号 ：1672-7037(2009)03-0009-04 普通水泥基材料是一种高电阻率的惰性材 掺量下的碳纤维石墨水泥砂浆在水化期间和硬化 料，通过掺人一定量的碳纤维、钢纤维、石墨等导 后的导电特性，以及在循环荷载作用下的压阻性 电组分后，将具有导 电性 ¨卫和多功能性 ，如 能。 热电效应、压敏性等，可望在未来智能建筑、健康 监测和防灾减灾等多领域广泛应用 。目前，国内 1 试验材料与方法 外对导电水泥基材料首选的添加组分是碳纤维， 但是碳纤维在水泥基中的分散效果不甚理想，导 1．1 原材料 致其电学性能不稳定，直接影响了此类材料的应 42．5普通硅酸盐水泥，颗粒度为0．154～ 用 J。石墨导电水泥基复合材料的制备不存在 0．315nlnl的普通铸造用石英砂。PAN基短切高 分散性 问题，但是一定数量石墨的添加，会导致材 强碳纤维，直径为 7-I-0．2 “m ，长为5mm，电阻 料力学性能的大幅下降 ，故石墨导电水泥基复 率为 I．55×10 Q ·m，密度 1．81g·cm～。碳 合材料主要应用于工业防静 电、电工和电热材料， 纤维用浓硝酸浸泡2h，清水洗净，120~C烘干。分 尤其是在对强度要求不高的场合。水泥基渗透结 散剂和消泡剂分别为羧甲基纤维素钠和磷酸三丁 晶防水材料(CCCW)作为混凝土掺入剂，可降低 酯，加入量分别为水泥质量的0．1％和0．03％ 。 材料的孔隙率，提高水泥基复合材料的力学性 鳞片石墨，石墨纯度I97％，颗粒度≤O．071mm。 能J，部分弥补石墨的掺人导致的力学性能的下 水用 自来水。CCCW材料为加拿大凯顿集团公司 降。有研究表明 】，采用碳纤维与炭黑复掺工艺 生产的KIM水泥掺人剂。 可制备性能 良好的压敏传感器，而对内掺 CCCW 1．2 试样制备 的碳纤维石墨水泥基复合材料的电学性能的相关 水泥与砂子的质量配比为 1：1。按比例称取 研究尚未见报道。由于掺人石墨混凝土的电学性 各组分，先用烧杯盛适量热水，加入分散剂搅拌， 能的稳定性可以适当降低碳纤维的分散性要求， 然后加人水泥质量2％的碳纤维搅拌；称取4％的 因此，通过向水泥基材料中复掺碳纤维、石墨和 KIM加入水泥干拌，再加入石墨与砂，进行干拌混 CCCW材料，对获得制备工艺简单，电学性能稳定 匀。将分散好的碳纤维和