碳纤维钢渣混凝土的性能研究.pdf
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1、8 低温建筑技术 2 0 1 2年笫 6期( 总第 1 6 8期 ) 碳 纤维钢渣混凝土 的性 能研 究 卢召红 , 顾孝宋 , 韩连福 ( 1 东北石油大 学, 黑龙江大庆1 6 3 3 1 8; 2 中石油昆仑燃气有限公司 。 北京1 0 0 1 0 1 ) 【 摘要】 以碳纤维和钢渣为功能导电基元材料, 通过合理的添加制备了导电混凝土。探讨了碳纤维含量 一 定条件下, 不同钢渣含量的对混凝土抗压强度和电阻率的影响; 研究了碳纤维钢渣混凝土电阻率在外荷载作用 下从加载至最终破坏的全过程。结果表明在碳纤维混凝土中通过添加一定量的钢渣能够改善混凝土的导电能力 从而降低碳纤维的使用量。利用碳纤维
2、钢渣混凝土的力电效应 , 碳纤维钢渣混凝土可作为 自监控断裂损伤材料。 【 关键词】 ? 昆 凝土电阻率; 力电效应; 导电性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 5 7 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 0 8 0 3 P ERFoRMANCE RES EARCH oN CARBoN F I BRE- S LAG CoNCRETE L U Zh a o h o n g ,GU Xi a o s o n g ,HAN Li a n f u ( 1 N o r t h e a s t P e t r o l e u
3、m U n i v e r s i t y , H e i l o n g j i a n g D a q i n g 1 6 3 3 1 8 , C h i n a ; 2 P e t r o c h i n a K u n l u n G a s C o , , L t d , B e i j i n g 1 0 0 1 0 1 , C h i n a ) Abs t r a c t : Th e c a r b o n fi be r s l a g c o n d u c t i v e c o n c r e t e i s p r e p a r e d i n c a r b o
4、 n fib e r a n d s l a g e l e me n t a r y ma t e r i a l o f f u n c t i o n Un d e r t h e c o n d i t i o n s o f a c e r t a i n a mo u n t o f c a r b o n fib e r, r e s e a r c h h a s b e e n c a r r i e d o u t i n d i f f e r e n t s l a g c o n t e n t Th e e l e c t ric me c h a n i c a
5、l e f f e c t s o f i mp o s i n g l o a d s h a s b e e n c a r r i e d o u t Th e r e s ul t s i n di c a t e d t ha t :s l a g c a n i mp r o v e c o mp r e s s i o n c a p a c i t y, a n d the c o mp r e s s i o n c a p a c i t y c a n b e r e d u c e d b y a d di ng s o me s t e e l s l a g Ca
6、r b o n fi b r e s l a g c o n c r e t e c a n b e u s e d a s s e rf- mo n i t o r i n g f r a c t u r e ma t e r i a l s b y t h e e l e c t ric me c ha ni c a l e f f e c t s Ke y wo r ds: e l e c t r i c a l l y c o n d u c t i v e c o n c r e t e; e l e c t r i c me c h a ni c a l e f f e c t s
7、; e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y 随着现代材料的不断进步, 混凝土已逐渐向高强、 高性 能、 多功能和智能化发展。普通混凝土的电阻率一般很小, 属不良导体, 如果掺入适量的导电组分, 使其成为导体, 制备成具有自感知、 自适应、 自修复和电热效应的功能材料 可广泛应用于防护工事, 防止核爆炸电磁杀伤、 工程监测等 领域 j 。此外 , 利用导 电混 凝土 的电热 效应 可制 成加 热材 料 , 以用房屋采暖, 高速公路路面、 飞机场跑道和桥面等重 要交通设施的冬季除冰和温度自诊断监测等 j 。 在众多的导电混凝土用的导电材料中, 碳纤维
8、和钢纤 维因具有很好的力 一电性能和电 一热性能 。 。但碳纤维 和钢纤维材料价格较贵, 并且碳纤维的掺量过多会影响材 料内部的密实程度, 导致混凝土的强度降低 J 。钢渣是一 种颗粒材 料 , 可均匀 的填 充于水 泥颗粒 孔 隙和碳纤 维之 问, 可起到改善混凝土导电性的作用。而且钢渣价格相对低 廉 , 因此, 文中提出在碳纤维混凝土中添加一定量的钢渣, 以降低碳纤维的用量 , 改善混凝土的力 一电性能。 1 材 料及试验方法 ( 1 )试 件制 作。碳 纤 维 选 用 P A N基 高强 度 的碳 纤 维, 主要性能指标见下表 1 , 试件制作前将碳纤维短切 , 长度 基金项 目 黑龙
9、江省教 育厅科学技术研 究项 目( 1 1 5 5 3 0 1 6 ) 控制在 58 mm之间。水泥采用 4 2 5级普通硅酸盐, 粗骨 料采用粒径59 mm的河卵石, 细骨料采用河砂, 钢渣需经 冲洗、 烘干并筛选。其中钢渣主要性能见表 2 。 表 1 P A N基碳 纤维性 能指标 ( 2 ) 试验方法。碳纤维混凝土中, 当碳纤维体积含量约 在0 6 时, 混凝土的抗压强度会随着钢渣的掺加而明显改 变 ; 电阻率也会随着钢渣的掺加而明显降低。据此, 试验将 试件分为两组: 第一组碳纤维含量为 6 , 钢渣掺量( 渣灰比) 各个不同, 碳纤维含量一定的条件下钢渣掺量对材料强度和电 阻率的影响
10、; 第二组碳纤维含量为Q 6 的混凝土, 钢渣掺量为 n 5 ( 渣灰比) , 分析碳纤维钢渣混凝土力电性能。 铜 箔因具有 良好 的导 电性 , 试 验 电极 采 用 铜 箔 制 做 。 直流电路测量 电阻 。试 验共 分 两部 分完 成 : 第 一组 试 验采 用 N Y L一 5 0 0型液压试验机测定试件的立方体抗压强度; 第 卢召红等: 碳纤维钢渣混凝土的性能研究 9 二组采用压力设备和直流电路测量电阻变化率与荷载之间 的变化关系。 表 2 钢渣性能指标 化学 M g O M n O A 1 2 0 3 C a O F e O S i O 2 K 2 0 f - C a O N a
11、2 0 成f b 5 8 0 1 8 5 22 0 4 1 3 5 2 7 5 0 1 7 8 0 Q0 8 n2 4 n9 5 2 试验 结果 与分 析 2 1 碳纤维钢渣混凝土抗压强度及电阻率 考虑铜箔导电性能较好, 本试验 电极用铜箔制成。电 渣灰 比 图1 钢渣掺量对混凝土抗压强度的影响 图2 阻测量 电路采用直流 电路 ; 采用 N Y L一 5 0 0型液压试 验机测 定试件的立方体抗压强度。钢渣掺量对混凝土抗压强度的 影响试验结果如图1所示, 钢渣掺量混凝土对混凝土电阻率 的影响如图2所示。 由图 1 试验结果, 分析表明将钢渣加入到碳纤维混凝土 内部 , 能改善混凝土组分之间的
12、联系 , 提高材料之间的粘结 力 , 钢渣中的氧化物比表面积大且具有较好的反应活性 , 能 够增加混凝土内部的密实度, 加大组合材料间的粘结力, 从 而提高混凝土的强度。图中显示当渣灰 比大于 1 0后 , 由于 水泥浆体将不足于填充碳纤维、 钢渣、 砂石等集料的空隙, 反而降低了内部材料的密实性 , 内部胶体相对减小也会降 低集料之间的粘结力 , 使混凝土的强度随钢渣的掺量增加 而逐渐降低。 渣灰 比 钢渣掺量混凝土对混凝土电阻率的影响 由图2试验结果 , 分析认为在混凝土中加入一定量的碳 纤维后, 碳纤维具有 良好的导电性能, 内部碳纤维之间互相 搭接形成导电网络, 当碳纤维加入量越大时,
13、 导电性能就越 强。当碳纤维加入量较少时 , 内部会形成电势 , 混凝土中阻 碍电子传导的壁垒效应随着导电组分的减少而加大。钢渣 由于具备较好的导电性, 加入后会将互不相连的碳纤维通 过钢渣连接或减小碳纤维之间的壁垒效应, 从而形成导电 网络。钢渣掺量越多 , 混凝土的导电性越强。 2 2 碳纤维钢渣混凝土力电性能 通过试验对碳纤维钢渣混凝土的力电性能进行试验分 析 , 测得各试件电阻变化率 C= R R o与荷载 P之间的关 系, 如图 3 所示。其中 A R=RR 。 , R 。 为施加荷载前的电阻 值 , 为荷载作用下的电阻值。 从图3中可以看出, 从加载至破坏 , 电阻率的变化经历 了
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