功能混凝土性能研究.pdf
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1、赵品等 : 功能混凝土性能研究 7 功能混凝土性能研究 赵晶 , 张长福 , 王岳华 , 李继野 , 王进京 ( 1 大连交通大学土木与安全工程学 院 。 辽宁大连1 1 6 0 2 8; 2 大连市建筑科学研究设计院股份有限公司 。 辽宁大连1 1 6 0 2 8) 【 摘要】 通过将新型的纳米炭黑材料及碳纤维导电相材料按照一定比例单独 以及混合掺加到混凝土里, 来研究这两种导电相材料对混凝土的工作性能、 力学性能及对混凝土电阻率的影响及其规律。研究发现, 纳米炭 黑( 粒径 1 7 n m) 作为一种新型的纳米级材料, 在 0 1 0 2 质量掺量时能够很好的提高混凝土的抗压强度, 对 混
2、凝土的电阻率有一定的降低作用。碳纤维在达到一定掺量( 大于质量分数 0 8 ) 时, 能够很好的提高混凝土的 抗折强度和降低混凝土的电阻率。 【 关键词】 功能混凝土; 纳米炭黑; 碳纤维; 电阻率 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 0 7 0 3 EXP EI U 虹 NTAL RES EARCH oN T HE FUNCTI oNAL CoNCRET E ZHAO J i n g , Z HANG C h a n g f u , WAN G Yu e h u a 2 ,L I
3、J i y e , WA N G J i n - j i n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l a n d S a f e t y E n g i , D a l i a n J i a o t o n g U n i v , L i a o n i n g D a l i a n 1 1 6 0 2 8 , C h i n a ; 2 Da l i a n Ar c h i t e c t u r a l Sc i e n c e Re s e a r c h &De s i g n i n g I n s t i t ut e Co , Lt d, L i a
4、 o n i n g D a l i a n 1 1 6 0 2 8 , C h i n a ) Ab s t r ac t : Th r o u g h t h e n e w na no c a r b o n b l a c k a n d c a r b o n fi b e r c o n du c ti v e ma t e ria l a c c o r d i n g t o c e r t a i n p r o p o r t i o n s e p ara t e l y a n d mi x e d a d d i n g i n t o t h e c o n c r
5、 e t e, we s t ud y thi s t wo k i nd s o f c o n d u c t i v e ma t e ria l s o n the wo r k a b i l i t y,me c h a ni c a l p r o p e rti e s o f c o n c r e t e a n d the e ff e c t o n e l e c t ric a l r e s i s t i v i t y o f c o n c r e t e Th e s t u d y f 0 u n d t h a t , n a n o c a r bo
6、n b l a c k( P a rt i c l e s i z e o f 1 7 n m)a s a n e w n a n o s c a l e m a t e r i a l s 。wh e n 0 1 t o 0 2b y ma s s c o n t e n t c a n we l l i mp r o v e t h e c o mpr e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e,the r e s i s t i v i t y o f c o n c r e t e w a s d e c r e a s e d ;w
7、 h e n c a r o n fi b e r r e a c h e s a c e r t a i n v o l u m e( g r e a t e r t h an 山e ma s s f r a c t i o n 0 8 ) , C an w e l l i m p r o v e the fl e x u r al s tr e n g t h o f c o n c r e t e a n d r e d u c e t h e res i s t i v i ty o f c o n c r e t e Ke y wo r d s: f u n c tio n a l
8、c o nc r e t e;n a no c a r bo n b l a c k;c arb o n fib e r ;v o l u me res i s t i v i t y 智能混凝土是在混凝土原有组分基础上复合智能型组 分, 使混凝土材料具有自诊断、 自调节、 自修复等特性的多功 能材料。通常仅复合一种单一智能材料的混凝土只具备一种 功能, 要想具备多种功能, 就需要复合多种智能材料” J 。 现在的研究表明, 在混凝土里掺加一定量的碳纤维、 钢 纤维等导电相材料能使混凝土的电阻率降低, 改善混凝土 的导电性能。在此基础上, 产生了裂缝 自感应混凝土、 融雪 化冰混凝土路面等功能
9、型混凝土, 在混凝土的探伤检测和 冬天公路除雪起到了一定的作用 j 。 1 试验原材料 试验选用大连小野 田水泥厂生产的华 日牌 P 0 4 2 5 R 水泥; 粉煤灰选用华能 I级灰; 细骨料选用级配较好 的河 砂, 其细度模数是 2 7 3 ; 粗骨料, 选用当地质地坚硬级配良 好的碎石, 其颗粒粒径为5 3 0 m m; 分散剂是天津市科密欧 化学试 剂有限公司生产 的羧 甲基纤维素 。 碳纤 维 : 鞍 山塞诺 达碳 纤 维有 限公 司的生 产 的沥 青基 碳纤维。纳米炭黑: 淄博市淄博华光化工厂生产的纳米炭 黑, 具体性能参数见表 1 。 表 1 纳米炭黑性能参数 2 混凝土配合比及
10、相关掺量 结合试验要求和材料特性, 本试验设计的混凝土的强 度等级 C 4 0 , 混凝土配合比见表 2 。有一组素混凝土为对 比 组, 共 1 5组 , 各导电相材料的质量掺量和体积掺量见表 3 。 表 2 混凝土配合比 3 功能混凝土的工作性研究 8 低温建筑技术 2 0 1 4 年第 5 期( 总第 1 9 1 期) 本试验是在减水剂使用量相同条件下, 研究不 同导电 土的塌落扩展度的损失程度要 比各 自单掺时的大很多。 相材料的掺入对混凝土的塌落扩展度的影响及分析。 表 3 试验各导电相掺量 如图 1 所示, 在混凝土里加入导电相材料对于混凝土的 塌落扩展度的影响是很大的。可以看到 ,
11、 在单独掺人纳米 炭黑、 碳纤维时, 混凝土的塌落扩展度的损失随导电相材料 掺人量的增加而增加的趋势, 但是纳米炭黑对混凝土的塌 落扩展度的损失的作用最大。在混凝 土中掺入质量掺量 0 4 的纳米炭黑时 , 混凝土 N 0 4的塌落度已经很小, 流动 性和粘结性差。但是对于本试验中最大质量掺量 1 4 碳 纤维的混凝土 T 1 4 , 混凝土的塌落度还是很大的, 工作性也 是很好的。 而在混掺纳米炭黑和碳纤维的混凝土中,混凝 6 0 O 鑫 500 : 2 0 0 l l l - l l l l l l l l l I一 l I l l l l-_ 表 4 功能混 凝土立方体抗压强度 M P
12、a 这样的原因可能是: 在纳米炭黑掺量较少( 质量分数 不大于 0 2 ) 时, 由于纳米炭黑自身粒径极小 , 极易在混凝 土中分布较均匀, 所以能够起到填充混凝土中极小 的空隙 和缺陷等, 所以能够起到增强抗压强度的作用; 在纳米炭 黑掺量较多( 质量分数大于0 2 ) 时, 纳米炭黑自身的亲水 性, 成为主要影响因数, 大量的水被纳米炭黑 占用, 导致和 胶凝材料反应的水减少, 使包裹在石子等骨料的水泥浆体 的量减少, 混凝土孑 L 隙变多, 混凝土的抗压强度降低。 在单掺碳纤维时, 混凝土的抗压强度随着碳纤维掺量 的增加而增加, 只是在碳纤维的掺量超过一定值( 1 0 ) 时 , 增加
13、的速 度减小 了。而在混掺 导 电相时 , 混凝 土 的抗压 强度由于混合的导电相掺人, 既有增大的, 也有减小的, 但 是总体上, 混掺碳纤维和纳米炭黑导电相的混凝土的抗压 强度要高于单掺纳米炭黑或碳纤维的抗压强度。 4 2 功能混凝土的抗折强度试验结果。 从表5看出, 单掺纳米炭黑时, 混凝土3 d和 2 8 d抗折强 度随着纳米炭黑掺量的增加而降低。在掺量较少( 0 1 0 2 ) 时, 对混凝土的抗折强度的影响不大。但在纳米炭 黑的质量掺量为 0 4 , 相对于素混凝土的 3 d和 2 8 d抗折 强度, 混 凝土 N 0 4的 3 d和 2 8 d抗 折强 度分 别 降低 了 2 3
14、 8 、 3 0 2 , 此时的纳米炭黑对混凝土工作性影响很大, 纳米炭黑使 混凝 土变得干稠 , 混凝土变得 坚硬 而脆。 单独掺加碳纤维时, 混凝土的 3 d和 2 8 d抗折强度都随 着碳纤维的掺量的增加而先增强 , 后降低的趋势。碳纤维 赵晶等: 功能混凝土性能研究 9 本身的抗拉强度很大, 乱向的分散在混凝土中, 当混凝土界 面受力开裂时 , 依靠纤维面的粘结力来抵抗外界的荷载,再 者混凝土中掺入的分散的短切碳纤维能在碳纤维长度允许 范围内产生一定搭接作用 , 搭接上的短切碳纤维经过水泥 水化而形成一根或几根结实的长碳纤维, 产生一定的拉接 力 , 这样能增强混凝土抗折强度。但碳纤维
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