研究生高等材料学结课报告.docVIP

影响碳纤维混凝土性能的主要因素 1.碳纤维掺入量和长度的影响 目前一般条件下制备轻质碳纤维混凝土复合材料的适宜参数为水泥：轻骨料（重量）=2:1 , 水灰比0.65, 复合外加剂含量0.5%, 碳纤维长度6mm, 掺入量3.3%。研究表明, 外加剂、硅粉及热水养护方法都可以促进碳纤维与水泥基体的粘结, 更充分地发挥碳纤维的增强作用, 提高复合体的强度。碳纤维混凝土之所以具有良好的力学性能, 一方面是因为碳纤维本身具有良好的力学性能, 另一方面是合适的操作工艺, 使得碳纤维在基体中分散较为均匀阻断了裂纹的扩展。而外加剂的加人既改善了浆体的流动性, 促进了碳纤维的均匀分散, 使试体密实度提高, 同时外加剂的早强作用加快了水泥早期水化速度, 较多的凝胶状水化产物使得碳纤维与基体更紧密地接触, 从而提高了试体的抗折、抗拉、抗压性能。 通过研究碳纤维长度和掺量对碳纤维混凝土导电性的影响, 发现当碳纤维掺量（以占水泥质量计）在0%-0.8%的范围内增加时, 对于碳纤维长度为5mm和10mm的复合材料, 其电阻率的变化分为4个阶段：先陡然下降, 后缓慢下降, 又急剧下降, 再趋于平缓。当碳纤维掺量相同时, 长度为10mm的碳纤维混凝土试件的电阻率比长度为5mm试件的电阻率要小, 且在碳纤维掺量较小时, 碳纤维长度对复合材料的电阻率影响较大, 碳纤维掺量较大（大于0.6%）时, 复合材料电阻率受碳纤维长度的影响变小。碳纤维长度为10mm时, 碳纤维掺量与电阻率的关系曲线在碳纤维掺量达0.5%时趋于平缓, 而碳纤维长度为5mm时, 曲线在碳纤维掺量大于0.6%后才趋于平缓。 在水灰比、碳纤维掺量及成型工艺条件一定的情况下, 碳纤维长度增大, 碳纤维混凝土导电性增强, 但若纤维过长, 则易集束成团,难于分散均匀。从而使碳纤维的利用率降低。所以, 一般所用碳纤维长度不宜超过10mm。随着碳纤维掺量的增加,碳纤维混凝土试件电阻率降低, 且受龄期的影响减小, 适宜的碳纤维掺量应为0.5%左右。纤维在水泥基体中分散的均匀程度与其长径比有很大关系, 一般是长径比越大, 即纤维直径不变而纤维长度越大时, 其在搅拌中越易成球。因此, 单纯从有利分散的角度来讲,应是纤维越短越好。同时, 碳纤维的掺量对其分散性也有较大的影响。试验发现, 在碳纤维和水泥混合搅拌过程中, 当碳纤维掺量达到水泥质量的1%时, 混合料中便会有明显的纤维团出现, 且即使延长搅拌时间, 纤维团也不会消失。所以, 在一般的拌制工艺中, 碳纤维的长度在5mm左右或更大时, 碳纤维的最大掺量不宜超过1%。碳纤维的掺量和长度对碳纤维混凝土的压敏性也有影响。对于5mm长的纤维, 掺量为0.4%（水泥质量百分比计）时压敏性最好, 掺量增加或减少都会使压敏性变差；对于10mm长的纤维, 掺量为0.2%时效果最好, 随着纤维掺量的增加, 压敏性越来越小。 2.水灰比和密实成型的影响 水灰比及密实成型工艺对碳纤维混凝土导电性有很大影响。采用10mm长碳纤维、掺量为0.5%、水灰比为0.25-0.45时的工艺, 利用振动成型法制得碳纤维混凝土试件, 然后测试28天龄期时的电阻率发现, 当水灰比由0.25升至0.30时, 试件电阻率减小, 而水灰比由0.30升至0.45时, 试件电阻率增大, 即曲线上水灰比等于0.30的这一点为转折点。实验发现在一定成型条件下, 水灰比的变化将导致硬化试件孔隙率的变化, 而孔隙率的大小又直接影响电阻率的测定结果, 即孔隙率与电阻率成正比关系。所以, 在水灰比由小到大的变化过程中, 孔隙率先减小后增大, 试件的电阻率也呈现出同样的变化趋势。另外，水灰比对碳纤维分散性影响很大, 其原因是由其对混合料流动性的影响而引起的。 密实成型方法也影响碳纤维混凝土的电阻率。碳纤维掺量一定时, 振动压制成型所得试件的电阻率远小于振动成型试件的电阻率（在振动压制成型过程中, 混合料中的水分在压力作用下被挤出。）在其它因素固定的条件下, 振动压制成型试件的水泥石更密实, 孔隙率小, 因而导电性较好；压力对混合料的“ 压缩”作用也会大大缩短碳纤维的间距, 增大碳纤维的搭接程度, 使沿碳纤维网络的电子传导得以加强；同时, 压力作用下的碳纤维与水泥石间接触电阻也将变小。此外, 碳纤维间距的缩短, 也使得部分碳纤维间原以水泥石离子导电为主的电导变成以电子导电为主的电导, 所有这些都大大增强了碳纤维混凝土的导电性。 3.碳纤维均匀分散的影响 碳纤维直径仅为几个微米, 表面光滑且憎水, 在水泥基材料中很难均匀分散, 这是制备电学性能稳定的碳纤维水泥机敏材料的一个关键性难题。由于碳纤维的几何特性及其表面疏水性, 在机械搅拌力的作用下, 碳纤维会趋于团聚而凝成纤维块。研究表明, 对于相同配比的碳纤维水泥基材料, 如果