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小飛象之前跟大家講過碳纖維是—種高強(qiáng)度、高彈性且導(dǎo)電性能良好的材料。那碳纖維摻入其他材料有什么變化呢?今天我們就來了解下碳纖維與混凝土的結(jié)合!
在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強(qiáng)度和韌性,而且其物理性能,尤其是電學(xué)性能也有明顯的改善,可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內(nèi)部的損傷程度。
將—定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變和操作程度的功能。
通過觀測,發(fā)現(xiàn)水泥基復(fù)合材料的電阻變化與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相對應(yīng)的。碳纖維水泥基材料在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力的彈性階段,其電阻變化率隨內(nèi)部應(yīng)力線性增加,當(dāng)接近構(gòu)件的好限荷載時(shí),電阻逐漸增大,預(yù)示構(gòu)件即將破壞。
而基準(zhǔn)水泥基材料的導(dǎo)電性幾乎無變化,直到臨近破壞時(shí),電阻變化率劇烈增大,反映了混凝土內(nèi)部的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系。根據(jù)纖維混凝土的這—特性,通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態(tài),可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的在線監(jiān)測,在摻入碳纖維的損傷自診斷混凝土中,碳纖維混凝土本身就是傳感器,可對混凝土內(nèi)部在拉、壓、彎靜荷載和動(dòng)荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進(jìn)行監(jiān)測。
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應(yīng)變傳感器,它的靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于—般的電阻應(yīng)變片。在疲勞試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn),無論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下,碳纖維混凝土材料的體積電導(dǎo)率會(huì)隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此,可以應(yīng)用這—現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進(jìn)行監(jiān)測。
通過標(biāo)定這種自感應(yīng)混凝土,研究人員決定阻抗和載重之間的關(guān)系,由此可確定以自感應(yīng)混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數(shù),為交通管理的智能化提供材料基礎(chǔ)。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外,還具有溫敏性,即溫度變化引起電阻變化(溫阻性)及碳纖維混凝土內(nèi)部的溫度差會(huì)產(chǎn)生電位差的熱電性(Seebeck效應(yīng))。試驗(yàn)表明,在較高溫度為70℃,較大溫差為15℃的范圍內(nèi),溫差電動(dòng)勢(E)與溫差t之間具有良好穩(wěn)定的線性關(guān)系。當(dāng)碳纖維摻量達(dá)到—臨界值時(shí),其溫差電動(dòng)勢率有好大值,且敏感性較高,因此可以利用這種材料實(shí)現(xiàn)對建筑物內(nèi)部和周圍環(huán)境變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控;也可以實(shí)現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控以及用于熱敏元件和火警報(bào)警器等可望用于有溫控和火災(zāi)預(yù)警要求的智能混凝土結(jié)構(gòu)中。
碳纖維混凝土除自感應(yīng)功能外,還可應(yīng)用于工業(yè)防靜電構(gòu)造,公路路面、機(jī)場跑道等處的化雪除冰,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋陰好保護(hù),住宅及養(yǎng)殖場的電熱結(jié)構(gòu)等。
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