环氧树脂改性碳纤维增强水泥基复合材料的导电性及压敏性.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘 要 碳纤维水泥基复合材料不仅具有优异的力学性能，而且具有良好的导电性、压 敏性、温敏性及电磁屏蔽等性能，在交通、道路、混凝土等结构设施的内部损伤监 测、桥梁变形自调节、冬季路面融雪化冰以及工业防静电等方面应用广泛。但碳纤 维水泥基复合材料的导电性能随龄期增长衰减较快，其长期导电性能不稳定及压 敏灵敏性较差是制约工程应用的关键问题。 本文首先在水泥基材料中掺加适量的环氧树脂制备树脂水泥基体，将短切碳 纤维掺入树脂水泥基体中制备环氧树脂改性碳纤维增强水泥基复合材料（Epoxy Resin Modified Carbon Fiber Reinforced Cement Composites ，简称RMCFRC ）。研 究树脂掺入对RMCFRC 导电性及导电稳定性的影响规律，结合交流阻抗谱分析碳 纤维和树脂掺量对 RMCFRC 导电性的影响及其导电机理。同时探究树脂掺入对 RMCFRC 力学性能及抗弯韧性的影响，研究树脂掺入对 RMCFRC 在应力作用下 电阻变化率的影响，从而建立起单调荷载和循环荷载作用下树脂与RMCFRC 电阻 变化率的关系。得到的结论如下： ① 为保证最佳的 RMCFRC 导电性及导电稳定性，选用乙酸乙酯对环氧树脂 预处理，同时乙酸乙酯与树脂比例不宜过大或过小，应控制其比例为0.5，此时复 合材料的导电稳定性最佳。 ② 适量树脂和碳纤维的掺入可以提高 RMCFRC 的导电性能，对强度发展无 不利影响，但树脂和纤维掺量不宜过大，应分别控制在8%和0.4% （渗流阈值）以 内；在此范围内，RMCFRC 电阻率随树脂和碳纤维掺量的增加而降低；同时水灰 比对RMCFRC 的导电性能也有较大影响，水灰比控制在0.3 时导电性能最佳。 ③ 通过对不同碳纤维和树脂掺量下 RMCFRC 的交流阻抗谱分析，验证了碳 纤维掺量的渗流阈值在0.4%左右，树脂最佳掺量在8%左右；复合材料阻抗曲线随 树脂掺量的增加逐渐左移，当树脂掺量超过8%后，阻抗曲线随树脂掺量的进一步 增加反而会右移。 ④ 通过应力— 电阻变化关系试验证明：RMCFRC 具有良好的韧性及压敏特 性，对其施加单调荷载时，电阻变化率随树脂掺量的增加先增大后减小，树脂和碳 纤维掺量分别为8%和0.4%时，RMCFRC 电阻变化率最大，压敏性最佳；对其施 加循环荷载时，树脂的掺入可以显著提高RMCFRC 的压敏稳定性，小应力循环荷 载作用下，掺有树脂的复合材料的压敏性较为稳定。 关键词：碳纤维增强树脂水泥基材料；碳纤维；环氧树脂；导电性； 交流阻抗谱；压敏性 I 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 Abstract Carbon fiber cement-based composite material not only has great mechanical properties, but also has great electrical conductivity, pressure sensitivity, thermal sensitivity and electromagnetic shielding. Carbon fiber cement-based composite material is widely used in internal damage monitoring of structural facilities such as traffic, roads, concrete engineering, deformation self-adjustment of bridge str