碳纖維水泥基復(fù)合材料機(jī)敏性能研究.pdf

1、具有本征機(jī)敏特性的碳纖維水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料日漸成為研究熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)地研究了碳纖維水泥基復(fù)合材料的導(dǎo)電行為與壓阻、溫阻等機(jī)敏特性，著重探討了體系導(dǎo)電率(或電阻)對(duì)碳纖維體積分?jǐn)?shù)、溫度及軸向壓力等的依賴關(guān)系。借鑒已有的導(dǎo)電復(fù)合材料滲流導(dǎo)電現(xiàn)象和電阻的正溫度系數(shù)/負(fù)溫度系數(shù)(PTC/NTC)效應(yīng)基本理論，發(fā)現(xiàn)和提出碳纖維水泥基復(fù)合材料電阻的正壓力系數(shù)(PPC)與負(fù)壓力系數(shù)(NPC)、電阻對(duì)材料剩余形變的Kaiser記憶效應(yīng)以及電

2、阻徐變等新的現(xiàn)象和新的概念。結(jié)合聲發(fā)射監(jiān)測和微觀分析，提出碳纖維水泥基復(fù)合材料單軸壓阻特性唯相模型，探討滲流網(wǎng)絡(luò)的微觀結(jié)構(gòu)及其在外場作用下的變化對(duì)其機(jī)敏特性的影響。 通過對(duì)碳纖維水泥基復(fù)合材料導(dǎo)電率-碳纖維體積分?jǐn)?shù)關(guān)系研究，證實(shí)了體系電導(dǎo)率隨碳纖維摻量變化符合統(tǒng)計(jì)滲流理論，且具有普適性，根據(jù)經(jīng)典滲流理論，明確提出碳纖維水泥基復(fù)合材料的滲流閥值取φ=φc2。認(rèn)為在滲流轉(zhuǎn)變區(qū)φc1～φc2復(fù)合材料的導(dǎo)電過程以隧道導(dǎo)電機(jī)理為主，而

3、當(dāng)φ>φc2時(shí)，體系的導(dǎo)電以歐姆接觸導(dǎo)電機(jī)理為主。分別探討了水泥基體結(jié)構(gòu)、碳纖維形態(tài)和相對(duì)濕度對(duì)體系導(dǎo)電率的影響，并進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析。 研究了單軸受壓下碳纖維水泥基復(fù)合材料電阻變化與載荷、應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)碳纖維水泥基復(fù)合材料具有壓阻特性、Kaiser記憶效應(yīng)和電阻徐變特性。通過聲發(fā)射監(jiān)測和體系內(nèi)碳纖維滲流導(dǎo)電行為的微觀分析，建立了碳纖維水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料損傷自診斷模型與表征參數(shù)，并對(duì)體系正壓力系數(shù)(PPC)與負(fù)壓力系

4、數(shù)(NPC)以及電阻對(duì)材料殘余形變Kaiser記憶效應(yīng)和電阻徐變等新現(xiàn)象進(jìn)行了微觀描述。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上探討了碳纖維的體積分?jǐn)?shù)和應(yīng)力水平對(duì)體系壓阻效應(yīng)、Kaiser記憶效應(yīng)及電阻徐變的影響。 監(jiān)測了碳纖維水泥基復(fù)合材料在三點(diǎn)彎曲負(fù)荷下的斷裂過程及電阻的相對(duì)變化，研究了碳纖維摻量和切口深度對(duì)體系進(jìn)行斷裂過程自監(jiān)測的影響，提出了利用測試電阻的相對(duì)變化判斷試件的開裂點(diǎn)。通過利用聲發(fā)射技術(shù)監(jiān)測，定性地研究碳纖維水泥基材料斷裂破壞機(jī)理，

5、并與電阻的相對(duì)變化建立聯(lián)系。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，所提出的混凝土梁三點(diǎn)彎曲負(fù)荷下滲流臨界斷裂模型，可對(duì)電阻監(jiān)測斷裂過程作出理論解釋。 研究了碳纖維水泥基復(fù)合材料的溫阻效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)在升溫過程中碳纖維水泥基復(fù)合材料存在顯著的PTC與NTC現(xiàn)象。在分析碳纖維水泥基復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)制基礎(chǔ)上，提出了體系NTC/PTC轉(zhuǎn)變唯相模型，指出碳纖維滲流網(wǎng)絡(luò)在升溫過程中的微觀結(jié)構(gòu)的變化是其溫阻效應(yīng)直接反映。碳纖維水泥基復(fù)合材料獨(dú)特的溫阻關(guān)系，為智能結(jié)構(gòu)