【摘 要】
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随着现代混凝土结构的大型化、智能化,不仅要求混凝土结构具有良好的刚度、韧性和耐久性,同时要求结构本身具有一定的智能性。通过在水泥基体中添加导电微米级的材料(碳纤维CF、
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随着现代混凝土结构的大型化、智能化,不仅要求混凝土结构具有良好的刚度、韧性和耐久性,同时要求结构本身具有一定的智能性。通过在水泥基体中添加导电微米级的材料(碳纤维CF、炭黑),得到的水泥基复合材料除了在强度、韧性和防止结构开裂等方面得到明显改善,还具有相当的智能自感知能力。利用复合材料的智能性,将其作为传感器嵌固到工程结构中,能够做到对工程结构所承受的应力和可能出现的损伤进行“长期、实时”的监测,保证工程结构的安全性和耐久性。 碳纳米管(CNT)不但具有优异的力学性能、化学稳定性和热稳定性,还具有优异的电学性能和机敏性能。本文将多壁碳纳米管(MWNT)添加到水泥基体中制备碳纳米管水泥基复合材料(MWNT/CC),分析研究MWNT掺量、单调荷载、循环荷载等单一或组合因素对MWNT/CC电阻率和机敏性的影响。利用复合材料的本征机敏等功能性能,可将其发展成为一种新型传感器件,嵌固到结构关键部位对结构的应力状态和可能出现的损伤破坏进行长期监测。获得如下研究成果: (1)少量MWNT的掺入就能显著降低MWNT/CC电阻率ρ,在掺量不超过0.1%时,随着碳纳米管掺量的增加电阻率ρ持续降低。掺量为0.1%时CNT复合材料导电性能最优。 (2) MWNT/CC在单调荷载作用下,掺入MWNT的复合材料表现出良好的压阻性能,试件电阻率ρ随着压应力的增大不断减小,实验结果表明,在MWNT掺量为0.2%时压阻曲线的稳定性较好。 (3) MWNT/CC在循环荷载作用下,CNT复合材料表现出了良好的机敏性能,MWNT/CC的电阻率ρ随着加卸载出现可逆性循环变化,并在MWNT掺量为0.2%时,MWNT/CC机敏性能较好。 (4)将传感器嵌固于梁、柱后,在荷载作用下传感器同样表现出良好的压阻性能和机敏性能,因此可以尝试将复合材料作为智能传感器应用于混凝土结构健康监测中。
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