钢渣—偏高岭土基地聚合物导电凝胶的物理力学性能研究

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导电混凝土是一种多功能复合材料,既有结构工程材料的特点,又有导电、压敏等特性,可用于道路信号采集、融冰除雪、和损伤监测等。与水泥相比,地聚合物孔溶液中含有丰富的离子,具备更好的导电性能。目前地聚合物的研究主要是将其作为水泥的替代产品,而关于地聚合物基导电凝胶的研究相对较少,尤其是针对其压敏性能的研究尚未系统展开。因此,本研究通过改变养护温度、钢渣掺量、水胶比、碱掺量以及纤维掺量等对地聚合物基导电凝胶的力学、电学以及压敏性能进行系统研究。在此基础上,对试验结果进行了分析,确定了地聚合物导电复合材料的最优配合比。主要结论如下:(1)随着养护龄期的增长,养护温度的提升,试样抗压强度均有一定升高,其中钢渣掺量为30%时试样抗压强度最高。在不同养护温度下,钢渣掺量越多,试样电阻率越低。养护温度的提高导致试样内部原材料的反应速率加快,提升了试样早期物理力学性能,然而随着龄期增长,养护温度对试样电阻率的影响变弱。此外,在循环压缩荷载作用下,地聚合物导电凝胶的最优应变灵敏度为40.35~50.31。其中,养护温度为40℃,钢渣掺量为30%时,试样电阻变化率与循环压缩应力的相关系数R2高达0.95258,压敏稳定性最优。由微观分析可知,在相同养护温度下,随着钢渣掺量的增高,试样的结构致密性先增强后减弱,其中SS-30组试样最优,该结果与强度结果吻合较好。可见,钢渣-偏高岭土基地聚合物导电凝胶将是一种理想的压敏基体材料。(2)随着水胶比的降低,SS-30与SS-60的流动性呈下降趋势,而其抗压强度与电阻率呈上升趋势。在相同水胶比下,SS-60试样的流动性高于SS-30试样,SS-30试样的抗压强度高于SS-60试样。随着碱掺量的增加,SS-60-0.39试样抗压强度逐渐升高,但电阻率逐渐下降。随着水胶比的减少,导电凝胶的压敏性能逐渐趋于良好,SS-30试样的压敏性能受水胶比改变影响较大。随着加载次数的增加,其电阻变化率出现不稳定的现象,而SS-60导电凝胶的压敏行为具有良好的灵敏度和重复性。SS-60-0.39试样的压敏性能受碱掺量的影响较大,表现出随着碱掺量的增多,压敏性能逐渐增强。随着水胶比的降低,SS-60导电凝胶的外观形貌发生较大变化,表现出密实度更高,致密性更好。(3)纤维掺量对导电凝胶的流动性影响较大,随着纤维掺量的增加,导电凝胶的流动性逐渐降低。其中,在相同纤维掺量下,碳纤维导电凝胶的流动性小于玄武岩纤维导电凝胶的流动性。纤维导电凝胶的抗压强度均先升高后降低,且在0.4%掺量时试样抗压强度最大。纤维导电凝胶的抗折强度均高于基准组,表明随着纤维的增加,增强了材料的韧性。碳纤维掺量为0.3%时,出现了渗滤现象,而玄武岩纤维掺量对试样电阻率的影响不大。随着纤维掺量的增加,碳纤维试样电阻变化率先降低后升高,其中CF-0.3的压敏灵敏度最高,CF-0.2的压敏重复性最好,而玄武岩纤维试样的电阻变化率对压力不敏感。随着纤维掺量的增加,纤维间距缩短,并开始发生接触。
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