機敏混凝土的導(dǎo)電性及傳感性研究.pdf

1、機敏混凝土不僅具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能，而且具有多種功能特性，可用于工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，因而受到工程界日益廣泛的關(guān)注。機敏混凝土的功能特性大都基于其導(dǎo)電性。為了更深入了解機敏混凝土的導(dǎo)電性及傳感特性，本文從導(dǎo)電相、導(dǎo)電路徑、導(dǎo)電載流子以及供電方式等方面對機敏混凝土的導(dǎo)電性及傳感特性進行了研究。另外，機敏混凝土傳感器埋入大體積混凝土結(jié)構(gòu)中時，往往是處于三向應(yīng)力狀態(tài)，所以本文又針對機敏混凝土在三向應(yīng)力狀態(tài)下的傳感特性進行了研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成

2、果如下：
　　 1.開展了機敏混凝土導(dǎo)電相的導(dǎo)電性及傳感特性研究。研究了連續(xù)碳纖維單絲和碳纖維束的應(yīng)變電阻效應(yīng)，獲得了它們的應(yīng)變電阻靈敏系數(shù)，發(fā)現(xiàn)連續(xù)碳纖維束的應(yīng)變電阻靈敏系數(shù)比單絲的要大，且隨著纖維根數(shù)的增多靈敏系數(shù)越來越大；同時分析了連續(xù)碳纖維束的靜態(tài)傳感特性。
　　 2.開展了機敏混凝土導(dǎo)電路徑研究。首次通過局部疊層碳纖維機敏混凝土的應(yīng)變電阻效應(yīng)研究，探討機敏混凝土的導(dǎo)電路徑問題。綜合分析了連續(xù)碳纖維束、連續(xù)和局部

3、疊層碳纖維機敏混凝土以及短切碳纖維機敏混凝土的應(yīng)變電阻效應(yīng)，并結(jié)合碳纖維束的拉拔實驗，得出如下結(jié)論：機敏混凝土的3條導(dǎo)電路徑(碳纖維、混凝土基體、纖維與基體間的界面)中，“纖維與基體問的界面”這條路徑狀態(tài)的變化是引起其電阻變化的主要原因，界面越多，材料的應(yīng)變電阻靈敏系數(shù)越高，但電阻越不穩(wěn)定。
　　 3.開展了機敏混凝土導(dǎo)電載流子研究。首次將Hall效應(yīng)實驗用于研究機敏混凝土的導(dǎo)電性，由此不僅獲得了不同纖維含量機敏混凝土的電阻率，

4、以及纖維含量的滲流閾值，而且還知曉了不同纖維含量下機敏混凝土的主要載流子類型、載流子濃度和載流子遷移率，為機敏混凝土導(dǎo)電性研究提供了一種新的、有效的方法。分析了機敏混凝土基于載流子濃度的傳感機理；揭示了機敏混凝土電阻測量時出現(xiàn)暫態(tài)效應(yīng)的原因。
　　 4.開展了不同供電方式下機敏混凝土傳感特性及工程應(yīng)用研究。發(fā)現(xiàn)采用不同的供電方式時，機敏混凝土的傳感靈敏性和穩(wěn)定性是不同的；建立了交流供電下機敏混凝土的電學(xué)模型；并探討了機敏混凝土的

5、傳感特性在工程上的應(yīng)用，結(jié)果表明，機敏混凝土作為混凝土結(jié)構(gòu)的修補材料，在修補的同時，還可利用其傳感特性對修補質(zhì)量進行在線評估。
　　 5.開展了機敏混凝土在三向應(yīng)力狀態(tài)下的傳感特性研究。首次研究了機敏混凝土試樣在三軸受力情況下的應(yīng)變電阻效應(yīng)，并首次得到如下結(jié)論：(1)在彈性階段，軸向電阻隨著軸壓的增大而減小，而隨著圍壓的增大而增大；試塊的最終受力狀態(tài)相同時，無論加載次序如何，其電阻相對變化率均近似相等。(2)電阻的變化取決于應(yīng)變