碳纤维钢渣混凝土的性能研究

《碳纤维钢渣混凝土的性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

8低温建筑技术2012年笫6期(总第168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163318；2．中石油昆仑燃气有限公司。北京100101)【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】TU528．57【文献标识码】A【文章编号】1001—6864(2012)06—0008—03PERFoRMANCERESEARCHoNCARBoNFIBRE-SLAGCoNCRETELUZhao—hong，GUXiao．song，HANLian—fu(1．NortheastPetroleumUniversity，HeilongjiangDaqing163318，China；2．PetrochinaKunlunGasCo．，，Ltd．，Beijing100101，China)Abstract：Thecarbonfiber—slagconductiveconcreteispreparedincarbonfiberandslagelementarymaterialoffunction．Undertheconditionsofacertainamountofcarbonfiber，researchhasbeencarriedoutindifferentslagcontent．Theelectricmechanicaleffectsofimposingloadshasbeencarriedout．Theresultsindicatedthat：slagcanimprovecompressioncapacity，andthecompressioncapacitycanbere—ducedbyaddingsomesteelslag．Carbonfibre—slagconcretecanbeusedasserf-monitoringfracturemate—rialsbytheelectricmechanicaleffects．Keywords：electricallyconductiveconcrete；electricmechanicaleffects；electricalconductivity随着现代材料的不断进步，混凝土已逐渐向高强、高性控制在5～8mm之间。水泥采用42．5级普通硅酸盐，粗骨能、多功能和智能化发展。普通混凝土的电阻率一般很小，料采用粒径5～9mm的河卵石，细骨料采用河砂，钢渣需经属不良导体⋯，如果掺入适量的导电组分，使其成为导体，冲洗、烘干并筛选。其中钢渣主要性能见表2。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、工程监测等表1PAN基碳纤维性能指标领域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(2)试验方法。碳纤维混凝土中，当碳纤维体积含量约和钢纤维材料价格较贵，并且碳纤维的掺量过多会影响材在0．6％时，混凝土的抗压强度会随着钢渣的掺加而明显改料内部的密实程度，导致混凝土的强度降低J。钢渣是一变；电阻率也会随着钢渣的掺加而明显降低。据此，试验将种颗粒材料，可均匀的填充于水泥颗粒孔隙和碳纤维之问，试件分为两组：第一组碳纤维含量为6％，钢渣掺量(渣灰比)可起到改善混凝土导电性的作用。而且钢渣价格相对低各个不同，碳纤维含量一定的条件下钢渣掺量对材料强度和电廉，因此，文中提出在碳纤维混凝土中添加一定量的钢渣，阻率的影响；第二组碳纤维含量为Q6％的混凝土，钢渣掺量为以降低碳纤维的用量，改善混凝土的力一电性能。n5(渣灰比)，分析碳纤维钢渣混凝土力电性能。1材料及试验方法铜箔因具有良好的导电性，试验电极采用铜箔制做。(1)试件制作。碳纤维选用PAN基高强度的碳纤直流电路测量电阻。试验共分两部分完成：第一组试验采维，主要性能指标见下表1，试件制作前将碳纤维短切，长度用NYL一500型液压试验机测定试件的立方体抗压强度；第[基金项目]黑龙江省教育厅科学技术研究项目(11553016) 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善间蠼幽阻测量电路采用直流电路；采用NYL一500型液压试验机测的变化关系。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表2钢渣性能指标的影响如图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，从化学MgOMnOA1203CaOFeOSiO2K20f-CaONa20成fb／％5．801．8522041．3527．5017．80Q08n24n95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，2试验结果与分析反而降低了内部材料的密实性，内部胶体相对减小也会降2．1碳纤维钢渣混凝土抗压强度及电阻率．低集料之间的粘结力，使混凝土的强度随钢渣的掺量增加a斟西考虑铜箔导电性能较好，本试验电极用铜箔制成。电而逐渐降低。O一lO一20罂一30-40O501001502o0渣灰比渣灰比荷载，kN图1钢渣掺量对混凝土抗压强度的影响图2钢渣掺量混凝土对混凝土电阻率的影响图3铜渣掺量混凝土对混凝土力电性能由图2试验结果，分析认为在混凝土中加入一定量的碳(1)在碳纤维含量一定的条件下，加入一定量的钢纤维后，碳纤维具有良好的导电性能，内部碳纤维之间互相渣，能够提高混凝土的强度。当渣灰比大于1．0后，混凝土搭接形成导电网络，当碳纤维加入量越大时，导电性能就越的强度随钢渣的掺量增加而逐渐降低。强。当碳纤维加入量较少时，内部会形成电势，混凝土中阻(2)当碳纤维加入量较少时，内部会形成电势，导电组碍电子传导的壁垒效应随着导电组分的减少而加大。钢渣分间壁垒效应加大。利用钢渣的导电性，加入后会将互不相由于具备较好的导电性，加入后会将互不相连的碳纤维通连的碳纤维通过钢渣连接或减小碳纤维问的壁垒效应，从而过钢渣连接或减小碳纤维之间的壁垒效应，从而形成导电形成导电网络。钢渣掺量越多，混凝土的导电性越强。网络。钢渣掺量越多，混凝土的导电性越强。(3)外荷载作用下，碳纤维混凝土电阻率会随着荷载2．2碳纤维钢渣混凝土力电性能的增加而变化，试件中微裂纹的出现和发展会引起碳纤维通过试验对碳纤维钢渣混凝土的力电性能进行试验分钢渣混凝土电阻率的变化。从加载至最终破坏，电阻率的析，测得各试件电阻变化率C=△R／Ro与荷载P之间的关变化经历了三个阶段，利用该性质可对混凝土的开裂情况系，如图3所示。其中AR=R—R。，R。为施加荷载前的电阻和破坏情况实时监测。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，电阻率的变化经历参考文献了三个阶段：第一阶段(电阻率下降阶段)压力从零开始增加，电阻[1]陈丽红，孟宏睿，惠雅莉．碳纤维在混凝土中的应用[J]．混凝土，2006，(4)：29—31．率下降速度较快，变化曲线接近于线性下降，因此可认为是[2]陈丽红，孟宏睿．碳纤维在混凝土中的应用[J]．混凝土，弹性阶段，图3中表现为AB段。2006，(4)：33—36．第二阶段(电阻率平缓阶段)随着应力增大到一定程度[3]张军．用于公路桥梁融雪除冰的导电混凝土研究现状【J]．山后，电阻率下降幅度迅速减小，进入一个平缓的接近于平直西建筑，2007。33(3)：267—268．线段，荷载加至100kN后电阻率出现增的趋势，图中的BC[4]SherifY，ChristopherYT，DavidFerdoneta1．conductiveconcrete段所示。分析认为该阶段试件已出现裂缝并随着荷载的增overlayforbridgedeckdeicing：mixtureproportioningoptimization加裂缝不断的开展，试件产生部分不可逆的变化。andproperties[J]．ACIMaterialsJournal，2000，97(2)．第三阶段(电阻率上升阶段)当压力加到极限荷载。此[5]匡亚川，欧进萍．混凝土裂缝的仿生自修复研究与进展[J]．阶段试件内部产生破坏，裂缝不断增加直至试件破坏，且此力学进展，2006，36(3)：406—414．破坏完全不可逆，图3中表现为CD段。[6]唐祖全，钱觉时，王智，等．钢渣混凝土的导电性研究[J]．混3结语凝土，2006，(6)：12—14． 10低温建筑技术2012年第6期(总第168期)矿渣土热膨胀系数的试验研究王静(佳木斯大学建筑工程学院。黑龙江佳木斯154007)【摘要】矿渣土的热膨胀系数是矿渣地基体积稳定性的重要表征参数之一，文中采用示差法研究了不同颗粒级配、不同埋深和不同升温速度条件下矿渣土的热膨胀系数的变化规律，阐述了矿渣土热膨胀系数的影响因素以达到提高材料利用率的目的。【关键词】矿渣土；热膨胀系数；实验研究；影响因素【中图分类号】333521．4【文献标识码】A【文章编号】1001—6864(2012)06—0010—02THEEXPER玎ENTALSTUDYSLAGSoILTHERMALCoEFFICIENToFEXPANSIoNWANGJing(JiamusiUniversityCollegeofCivilEngineering，HeilongjiangJiamusi154007，China)Abstract：Slagsoilthermalexpansioncoeficientofslagfoundationisoneofthemostimportantin—dexestovolumestability，thispaperadoptsdiferentialmethodstudiedondifferentparticlesizedistribu—tion，diferentdepthanddifferentheatingrateofslagsoilundertheconditionofthethermalexpansioncoeficientofvariation，elaboratedtheslagsoilthermalcoeficientofexpansionoftheinfluencingfactorsinordertoimprovematerialutilizationtherate．Keywords：slagsoil；coeficientofthermalexpansion；experimentalstudy；influencefactors矿渣的热膨胀系数是指在不受外界干扰只受自身属性的过程中形成，主要成分是硅酸盐。由于矿石品位和冶炼方法影响时，单位长度(体积)矿渣土在单位温度变化下长度(体不同，矿渣的化学成分很复杂，在现场采集的样品由炼铁炉直积)的变化量，它是矿渣的热物理性质基本参数之一，也是接弃于现场冷却后形成的。渣体胶结程度较好，凝结块体较体形热变形计算的重要参数⋯。在矿渣地基土的基础数据大。渣体呈粒径Q50—5．OOcm碎块状，其问填充粒径为0．2～中热膨胀系数是很重要的参数之一，是衡量矿渣地基土作Q8cm的炉渣碎粒和约25％的炉灰。其化学成分见表1。为基础持力层时热稳定性好坏的一个重要指标。若深入研1．2实验原理及方案究矿渣土热膨胀系数的影响因素，并采取有效措施降低，就测定材料线膨胀系数的方法很多，示差法是基本采用能减小相同条件下矿渣土的温度变形量，从而减轻对矿渣热稳定性良好的材料石英玻璃在较高温度下，基线膨胀系土作为地基持力层造成的危害，提高材料利用率。数随温度而改变的性质很小，当温度升高时，石英玻璃与待1试验材料及方案测试样、石英玻璃棒都会发生膨胀，但是待测试样的膨胀比1．1实验材料石英玻璃管上同样长度部分的膨胀要大，待测试样与石英玻璃棒发生相对移动，石英玻璃管、石英玻璃棒和待测试样表1矿渣的化学成分％三者的同时伸长和部分抵消后在千分表上所显示的值，它包括试样与石英玻璃管和石英玻璃棒的热膨胀之差值，测定出这个系统的伸长之差值及加热前后温度的差数，根据已知石英的膨胀系数，便可计算出待测试样的热膨胀系矿渣在冶炼矿石，燃烧焦炭、石灰石和其它材料而得到铁数J。本实验对于矿渣的热膨胀系数测定采用RPZ一1型[基金项目]黑龙江省教育厅科研项目(11553112)O．oOo．OO●O。．O0a●OO●OD．oO口．0oO．OO．o0●O。．0O0●Oo．o。O．OO●00．oo●⋯O0●OO●oO●oO●oO◆D。．0o●oO●oo●D。．OO●O㈣O㈣●O0．00●Oo●0O●OO●OO●Oo●0O●OO●Oo◆oO●oO●O[7]MahmoudMRedaTaha，NigelG，Shrive．Enhancingfracturetough—Bessofhighperformancecarbonfibrecementcomposites[J]．ACImaterialsjoumal，2001，98(2)：168—78．【收稿日期]2012—01一l6[8]沈刚，董发勤．碳纤维导电混凝土的性能研究[J]．公路，[作者简介】卢召红(1976一)男，【IJ东临沂人，硕士，研究方2004，(12)：178—181．向：混凝土结构。