纳米碳纤维混凝土制备及其压敏性能

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1、10低温建筑技术2015年第1期(总第199期)DOI：10．13905／j．cnki．dwjz．2015．01．004纳米碳纤维混凝土制备及其压敏性能姜山，高小建，姚斌(哈尔滨工业大学土木工程学院。哈尔滨150006)【摘要】在自密实混凝土配合比的基础上，制备不同掺量纳米碳纤维混凝土，并采用自行设计的数据采集系统研究了各混凝土试件的压敏性能。结果表明：采用普通制作工艺和自密实混凝土技术，可使纳米碳纤维均匀分散在混凝土材料中，当掺入胶凝材料体积0．8％～I．0％的纳米碳纤维掺量时可制备出压敏性优良的智能混凝土材料。【关键词】智

2、能混凝土；压敏效应；纳米碳纤维；自密实混凝土【中图分类号】TU528．53【文献标识码】A【文章编号】1001-6864{2015)Ol一0010—03RESEARCHoNMANUFACTUItEANDP皿ZoRESIsTI、EFFECToFCARBoNNANOFⅡIERCoNCRETEJIANGShan，GAOXiao-jian，YAOBin(SchoolofCivilEngi．，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150006，China)Abstract：Concretespecimens

3、werepreparedbyaddingdiferentdosagesofcarbonnanofiberinthemixtureofself-compactingconcrete．Thepeizoresistiveeffectofsuchconcretespecimenswereevaluatedbyusingaself-setupdataacquiringsystem．Theresultsshowthatcarbonnanofibercanbewelldispersedinconcretewiththetraditional

4、manufactureprocesswhenthemi~ngprorportionofself-compactingcon—creteisadopted．Andsmartconcretematerialwithexcellentpiezoresistiveefectcanbepreparedbyadding0．8to1．0percentofcarbonnanofiberbyvolumeoftotalbinder．Keywords：smartconcrete；peizoresistiveefect；carbonnanofiber

5、；self-compactingconcrete近年来，结构健康监测技术已经发展成为保证重休斯顿大学Mo教授研究发现，掺适量纳米碳纤维不大混凝土工程安全运行，掌握结构服役状态甚至为既但使混凝土具有优良的压敏特性，还可以改善其力学有结构的维修加固提供科学依据的关键技术方法⋯。性能，可见采用纳米碳纤维制备智能混凝土材料具为了保证监测传感器与混凝土结构同寿命，国内外研有更大的优势。因此，文中通过采用自密实混凝土技究者先后提出在水泥净浆、砂浆或混凝土中掺入各种术解决纳米碳纤维的分散问题，并对不同掺量纳米碳碳材料制备具有典型压敏效应的水

6、泥基传感器，并已纤维混凝土的压敏特性进行试验研究，为其推广应用取得大量研究成果。最早用于水泥基材料中的碳奠定了基础。材料主要是各种短切碳纤维，由于碳纤维与水泥基体1实验部分的温度膨胀系数相差很大，当温度变化时可能会造成1．1原材料纤维与基体的界面粘结力下降甚至脱粘。碳纳米水泥用亚泰集团哈水泥厂生产的天鹅牌P·042．5水管是近几年出现的一种新兴材料，将其掺入水泥基复泥，粉煤灰为哈尔滨市第三发电厂生产的I级粉煤灰。合材料中可以明显改善材料的力学性能和导电性能，细集料采用松花江江砂，细度模数为2．67，属I类Ⅱ级是制备水泥基传感器

7、的较理想材料，但其主要存在配区中砂；粗集料采用哈尔滨市阿城区产5—20mm连的问题是价格极其昂贵并且在混凝土中分散困难。续级配的碎石，堆积空隙率小于40％，碎石质地坚硬、纳米碳纤维是介于碳纳米管与普通短切碳纤维表面粗糙，各项指标均符合国家标准中I类骨料的要之间的一种新型碳材料，其直径约为50—200nm，长度求。为了改善混凝土流动性，保证纤维的分散性能，采为0．5～100~m，其导电性能明显优于普通碳纤维，甚用哈工大强石集团生产的聚羧酸高性能减水剂，外观至与碳纳米管接近，而其造价远低于碳纳米管。美国为茶色微乳状溶液，推荐掺量为

8、1．0％左右，减水率可[基金项目]土木工程防灾国家重点实验室开放课题重点基金项目(SIDRCE—MB—O1)姜IIJ等：纳米碳纤维混凝土制备及压敏一t'l-fJ~高达40％。表1混凝土配合比kg·m纳米碳纤维是由美国PyrografProducts公司生产编号水泥水粉煤灰砂子