【摘 要】
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现代工业中,具有优异性能的碳纤维/树脂复合材料使用量逐年剧增。生产、服役到寿命终止期间每个环节都会产生废弃物,然而这些热固性材料无法自行降解,给环境带来了沉重负担,当前及未来的十几年里,大量碳纤维废弃物亟待处理。本课题聚焦废弃碳纤维复合材料回收及资源化利用需求,采用机械回收方法对碳纤维复合材料生产过程中产生的边角料进行回收再利用,以废弃碳纤维混凝土力学性能和导电性能为研究核心,以“废弃碳纤维及其复
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《废弃碳纤维混凝土增强机理与功能性研究》（项目编号:52078414）； 陕西省自然科学基金面上项目《废弃纤维表面改性及对混凝土增强机理研究》（项目编号:2020JM-469）；
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现代工业中,具有优异性能的碳纤维/树脂复合材料使用量逐年剧增。生产、服役到寿命终止期间每个环节都会产生废弃物,然而这些热固性材料无法自行降解,给环境带来了沉重负担,当前及未来的十几年里,大量碳纤维废弃物亟待处理。本课题聚焦废弃碳纤维复合材料回收及资源化利用需求,采用机械回收方法对碳纤维复合材料生产过程中产生的边角料进行回收再利用,以废弃碳纤维混凝土力学性能和导电性能为研究核心,以“废弃碳纤维及其复合材料的回收处理——回收废弃碳纤维对混凝土力学性能的影响规律及机理——回收废弃碳纤维对混凝土导电性能的影响规律及机理”为研究主线,系统研究回收废弃碳纤维对混凝土力学性能与导电性能的影响,主要结果如下:（1）针对碳纤维复合材料生产过程中不同环节产生的边角料采用不同的方法进行处理:废弃碳纤维长丝裁剪成短丝状（RCFFi,Recycle Carbon Fiber Filament）、碳纤维布边角料剪裁成不同宽度的条状（RCFSt,Recycled Carbon Fiber Strip）、过期硬化的预浸料废物加工成不同宽度的片状（RCFSh,Recycled Carbon Fiber Sheet）。采用扫描电镜、润湿角、密度、拉曼光谱四种方法对其基本性能进行表征:原始碳纤维（VCF,Virgin Carbon Fiber）表面有平行于纤维轴向的凹槽,RCFFi由于表面涂覆上浆剂变得十分光滑,RCFSt丝束横纵相交部分被树脂完全包裹,RCFSh被具有一定厚度的树脂完全包裹;四种纤维均呈疏水性;VCF和RCFFi的石墨化程度相近,几乎没有明显差异,而RCFSt和RCFSh的石墨化程度低,说明这两种回收废弃碳纤维材料本身的电阻率较大。（2）将四种纤维加入混凝土测试其28 d力学性能发现:（1）掺入VCF可提高混凝土抗压强度;RCFFi具有更光滑的表面,增强效果不明显;RCFSt丝束聚集严重,边丝极易缠绕,各宽度均对抗压强度有负作用;宽度为5 mm的RCFSh对抗压强度提升效果较好。（2）同长度、同掺量、VCF与RCFFi都能提高混凝土劈裂抗拉强度时,VCF的提升幅度更大,RCFFi对混凝土劈裂抗拉强度的影响没有明显规律,在小长度下能获得更好的性能;各种宽度RCFSt均对劈裂抗拉强度有不同程度的负作用;不同宽度RCFSh均对劈裂抗拉强度有提升效果。（3）1.0wt.%掺量下不同长度RCFFi及3.0wt.%掺量下不同宽度RCFSt对混凝土抗折强度均有提高,5.0wt.%掺量下不同宽度RCFSt对抗折强度有较小负作用。（4）不论加入何种长度,RCFFi均未改变混凝土受荷载后发生脆性破坏的性质,加入不同宽度RCFSt和RCFSh后（除宽度为10 mm的RCFSh外）,混凝土的弯曲韧性均得到大幅提高,使混凝土从脆性断裂向韧性破坏转变。（3）通过废弃碳纤维混凝土电阻率试验研究发现:（1）不同长度的VCF和RCFFi对混凝土电阻率影响规律较为一致,长度小于等于5 mm的丝状碳纤维难以相互搭接在混凝土中形成导电网络,无法有效降低混凝土电阻;随长度增加,20mm长的RCFFi混凝土电阻最低,渗滤阈值较小,说明较长纤维能在混凝土内部建立更稳定的导电网络;不同宽度RCFSt随掺量增加混凝土电阻率逐渐降低;RCFSh由于表面附着大量树脂,无论哪种宽度,随掺量增加混凝土电阻均未显著降低,基本保持在（15～20）Ω·m范围内。（2）不同形状、长短、宽窄的回收碳纤维随龄期增加混凝土电阻率均呈现增大趋势,且同种纤维不同龄期下电阻率随掺量变化规律基本一致。
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