导电碳纤维混凝土性能的试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 7 期 (总 第 2 7 3 期 ) Nu mb e r 7 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 2 0 1 2 0 7 0 2 4 导电碳纤维混凝土性能的试验研究 孙建虎 ，石少卿 ，刘颖芳 ，张同周 z 。陈取锋 ( 1 后勤工程学院 军事建筑工程系，重庆 4 0 1 3 1 1 ；2 西藏军区 日喀则军分区，西藏 日喀则 8 5 7 0 0 0 ) 摘要： 在防雷接地工程中采用低电阻率的导电材料有助于降低接地电阻值， 改善防雷效果。 采用试验研究了碳纤维掺量 、 龄期等对混 凝土电阻率 和力学性能的影响 ， 用统计方法分析了渗滤现象。 试验结果表明 ： 材料 的电阻率随着碳纤维掺量 的增加而 降低 ， 随龄期增 长而 增长， 电阻率最低可达 Q m级， 碳纤维掺量的上渗滤阈值在 0 3 左右， 下渗滤阈值在O 5 左右。 碳纤维的掺人可以降低混凝土立方体抗 压强度， 但可以提高劈裂抗拉强度。 关键词 ： 混凝 土；碳纤维 ；电阻率 ；力学性能 中图分类号 ： T U5 2 8 5 7 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 7 0 0 7 4 0 3 Tes t on pr o per t i e s of c ondu c t i ve c ar b on f i ber r ei nf o r c ed c on c r e t e S U NJ i a n - h u ， S HI S h a o - q ， L 1 UY i n g - f a n g ， Z H ANG T o n g - z h o u ， C H E NQu - f e n g ( 1 De p t a r t me n t o f A r c h i t e c t u r e a n dC i v i l E n g i n e e r i n g ， L o gis t i c a l E n g i n e e r i n gU n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 1 3 1 1 ， C h i n a ； 2 C a p i t a l C o n s tr u c ti o n a n d B a r r a c k s De p a r t me n t ， Xi g a z e Mi l i t a r y S u b R e g i o n o f T i b e t Mi l i t a r y R e gio n ， X i g a z e 8 5 7 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Us i n g l o w r e s i s ti v i ty c o n d u c t i v e ma t e ri a l h e l p s t o r e d u c e g r o u n d i n g r e s i s t a n c e a n d i mp r o v e l i g h t n i n g p r o t e c t i o n e ff e c t s i n P r o t e c t i o n a g a i n s t l i g h tni n g and g r o u n d i n g e n g i n e e ri n g E ff e c t o f c a r b o n fi b e r mi x i n g a mo u n t an d ma i n t a i n i n g a g e o n r e s i s t i v i ty an d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e wa s t e s t e d and t h e p e r c o l a ti o n p h e n o me n o n wa s a n a l y z e d u s i n g s tat i s t i c a l a n a l y s i s me t h o d T h e r e s u l t s s h o w t h a t ： the r e s i s t i v i ty i n c r e a s e s wi th t h e c a r b o nfi be rc o n t e nt d e c r e ase san dwi t hmain t a i n i n g a g eg r o ws t h el o we s t r e s i s t i v i t y C an b eQ m l e v e 1 T h eu p p e rp e r c o l a t i o nt h r e s ho l do f c arb o n fi b e r c o n t e n t i s a b o u t O3 an d the l o we r o ne i s a b o u t 0 5 I n c o r p o r a t i o n o f c a r b o n f i b e r C an r e d uc e t h e c o n c r e t e c ub e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h， b u t C an i mp r o v e s p l i i n g t e n s i l e s t r e n g t h Ke y w o r ds ： c o n c r e t e； c a r b o n fi be r ； r e s i s t i v i t y； me c h an i c a l p r o pe r t i e s 0 引言 由于国防任务需要和地理条件限制 ， 西藏许多边防哨所建 在土壤层很薄或岩石裸露的建筑场地， 常规防雷接地措施难以 满足防雷要求。 郭伟文【1 等结合芹山水电站接地网改造工程， 分 析了导电混凝土的降阻原理、 基本特性和技术经济指标 ； 王锦 荣目 等结合白沙水电站接地网改造工程 ， 介绍了导电混凝土的 降阻原理和基本特性 ； 阮剑峰等I3 - 5 也结合导电混凝土在接地工 程中的应用， 对导电混凝土进行了研究 ； 庞文彬等6 1 对导电混 凝土特性进行了试验研究。 在防雷接地中采用低电阻率的导电 建筑材料有助于降低接地电阻值， 改善防雷效果。 1 试验 准备 试验材料主要有 P O 4 2 5级水泥 、 粒径不大于 1 6 i n l n的 石子、 短切碳纤维( 长度 2 0 ra i n ， 密度 1 7 8 0 k g m3 ) 、 河砂和生活 饮用水。 试验仪器主要包括 ： 用于混凝土配制、 拌和及成型的仪器 ： 量筒、 盛具、 电子称、 铁锹、 混凝土搅拌机、 钢板、 拌铲 、 试模和试 模油等； 用于坍落度测试的仪器 ： 坍落度测试仪、 捣棒、 不锈钢 直尺和三角板等； 用于混凝土导电性能测试的仪器： 直流电源、 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 1 1 4 基金项目：总后基建营房部资助项 目( A Y 2 1 0 J 0 0 1 ) 7 4 导线、 电流表、 电压表、 泡沫板和三角板等； 用于混凝土力学性 能测试的仪器： 薄木条垫层、 劈裂抗拉强度试验机和万能材料 试验机等。 混凝土配合比， 水泥：砂：石子： 1 ： 1 8 6 ： 1 8 6 ， 通过用水量将坍 落度控制在 8 1 2 c m。 2 试验方案 2 1 混凝 土拌和及 坍 落度测 定 将称量好的材料按石子、 砂和短切碳纤维的顺序投入搅拌 机， 干拌 1 mi n后加入水泥继续干拌 1 mi n以使材料分散均匀。 之后加人称量好的拌和用水， 继续搅拌 3 mi n结束。 将拌好的混 凝土拌合物卸在钢板上 ， 刮出黏结在搅拌机上的拌合物 ， 用拌 铲翻拌 2 - 3次 ， 使之均匀。 在进行完坍落度测试后即可进行试 件浇筑 。 2 2 试件成型及养护 试模首先涂好油， 用于力学性能试验的试件按常法成型 ， 对于用于电阻率测试 的试件制作， 按如下步骤： 用小铲取少量 拌合物紧贴试模内壁按压形成一层约 1 0 m m厚拌合物 ， 然后将 电极片紧贴拌铲， 一只手按住电极片， 另一手抽出拌铲， 再取拌 合物加在电极片的另一侧 ， 另一电极片依此法放人 ， 将两电极 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 片之间填满拌合物， 稍稍刮平试件表面， 然后边轻微抖动边向 上提电极片到埋人线位置 ， 此时， 再微微振动 ， 最后调好电极位 置 ， 用抹刀刮平表面， 带电极试件成型后如图 1 所示。 图 1 用于测试材料 电阻率的试件 试件在室内环境下 自然养护 ， ( 2 4 + 2 ) h龄期拆模编号后同 环境继续养护。 2 3 电阻率测定方案 对导电碳纤维混凝土仍然采用伏安法进行测量。 由于制作 的试件为边长为 1 0 0 ton i 的立方体试件 ， 电极片制作方法与之 前的 3 0 m mx 5 0 mn l 有所不同。 制作材料同样采用镀锌薄铁板， 电极尺寸为 8 0 mmx l 0 0 ml n ， 电极片沿长度方向外露 2 0 m l n ， 埋人混凝土试件 8 0 mi l l ， 外露部分上边缘居中打孔用于接入电 阻率测试电路 ， 埋入部分均匀打 4个直径 2 O mn l 的孔 ， 用于加 强电极片两边材料的连续性， 埋入电极的试件效果如图2示。 混凝 土 1 0 0 O 图 2 混凝土试件示意图( 单位 ： mm) 按电阻率测定方案在 3 、 7 、 1 4 、 2 1 、 2 8 d龄期分别进行测试 并记录好数据。 2 4 试件力学性能试验 对满 2 8 d龄期的试件进行立方体抗压强度和劈裂抗拉强 度试验。 立方体抗压强度试验采用电动液压万能材料试验机 ， 以0 5 MP a s 的速度连续均匀加载， 记录试件的破坏荷载， 材料 立方体抗压强度按下式计算： o -= 0 9 5 ( 1 ) 式中： 2 8 d 混凝土立方体抗压强度 ， MP a ； F 破坏荷载， N； A 试件承压面积( 本试验为 1 0 IT l l n 2 ) ； 0 9 5 长 1 0 0 mr n试件换算成边长为 1 5 0 r n n l 标准试 件的换算系数。 以每组 3 个试件的平均值作为该组试件的抗压强度。 劈裂抗拉强度试验 ， 首先将试件擦拭干净， 在试件中部划 出劈裂面位置线。 劈裂面与试件成型时的顶面垂直， 尺寸测量精 确至 1 mn l 。 将试件放在球座上 ， 几何对中， 放好垫条 ， 其方向与 试件成型时顶面垂直。 以 O 0 6 MP a s 的速度连续均匀地加载直 至试件破坏 ， 记下破坏荷载， 按下式计算劈裂抗拉强度： o 8 5 ( 2 ) 式中： 2 8 d 混凝土立方体抗压强度， MP a ； F 破坏荷载， N； A 试件承压面积( 本试验为 1 0 m m2 ) ； 0 - 8 5 换算成标准试件的系数。 以每组 3 个试件的平均值作为该组试件的劈裂抗拉强度。 3 结果分析 3 1 导电性能分析 总体来看， 材料的电阻率随着碳纤维掺量的增加而降低 ， 最低可达 Q m级 ， 掺量达到 O 3 时， 下降显著， 超过 0 5 过后 电阻率下降趋势趋于平缓， 估计碳纤维掺量的上渗滤阈值在0 3 左右， 下渗滤阈值在 0 5 左右。 目 岛 料 蛊 0 0 0 0 0 0 O0 0 0 0 0 0 0 1 0 Z 0 3 0 4 0 5 0 6 碳纤维掺量， 图 3 材料 电阻率随碳纤维掺量 的变化 渗滤现象的出现， 按无限网链理论解释， 当碳纤维掺量较 小时， 碳纤维孤立分散于水泥基体中， 导电效果不明显 ， 因而随 碳纤维掺量增加， 材料电阻率下降不明显。 伴随碳纤维掺量的提 高， 其之间形成导电网链时的掺量即为上渗滤阈值。 此后碳纤维 掺量的增加会使得导电网链更加密集，材料的电阻率急剧下 降， 当到达一定程度时， 碳纤维的增加对电阻率的降低作用变 得不明显时， 对应着掺量的下渗滤阈值。 1 2 0 0 1 00 0 吕 80 0 6 0 0 褂 受4 0 0 20 0 0 0 1 0 2 0 3 0 ，4 0 5 06 碳 纤维掺 量 ， 图 4 不同碳纤维掺量试件 电阻率标准差 从图 4也可以看出： 材料电阻率在碳纤维掺量达到上渗滤 阈值时， 离散型比较大， 而碳纤维掺量超过下渗滤阈值后 ， 材料 电阻率离散型较小。 这可以用渗滤现象来解释， 碳纤维掺量低 于上渗滤阈值时， 材料质量不好保证， 材料拌和均匀的就可能 电阻率低一些 ， 而碳纤维掺量超过下渗滤阈值后， 导电网链已 经形成， 材料拌和均匀性对电阻率的影响较小， 所以电阻率离 散型就不大 。 由图 5可以看出不同碳纤维掺量的材料电阻率都有伴随 龄期增长而变大的趋势， 掺量越低， 这个趋势就越明显， 而掺量 0 5 和0 6 的材料电阻率在 2 8 d龄期内变化相对平和。 电学性 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 g c ： ；L 蛊 吕 G 褂 蛊 脚 龄期， d ( a 碳纤维掺量为0 、 0 1 和0 2 龄期 ， d ( b 纤维掺量为0 3 、 0 4 、 0 5 和0 6 图 5 材料 电导率随龄期的变化 能稳定。 另外 ， 还可以发现 2 1 d龄期后， 材料电阻率随龄期增长 而增大的幅度均变小 ， 说明 2 1 d 龄期后材料的电学性质逐渐趋 于稳定 。 3 2 力学性能分析 立方体抗压试验结果( 如图 6 ) 表明， 碳纤维的掺入对混凝 土强度有不利影响， 立方体抗压强度随着碳纤维掺量的提高而 降低 ， 可能是因为碳纤维的掺人会引入气泡， 使得混凝土孔隙 率增加进而影响其强度。 碳纤维体积掺量， 图 6 立方体 抗压 强度随碳纤维掺量变化 曲线 劈裂抗拉强度试验结果( 如图7 ) 表明， 碳纤维的掺入对材 料的劈裂抗拉强度有较好的提高作用 ， 可能是因为混凝土受到 拉应力形成微小裂缝 ， 碳纤维横跨裂缝， 两端锚固在混凝土中， 其本身承受拉应力， 延缓材料的破坏。 善 暖 出 辖 蛙 碳纤维 体积掺 量 ， 4 结语 图7 劈裂抗拉强度随 碳纤 维掺量变化曲 线 总体来看， 材料的电阻率随着碳纤维掺量的增加而降低 ， 随龄期增长而增长， 电阻率最低可达 n m级 ， 碳纤维掺量的上 渗滤阈值在 O 3 左右 ， 下渗滤阈值在 0 5 左右。 碳纤维的掺人 可以降低混凝土立方体抗压强度， 但可以提高劈裂抗拉强度。 参考文献 ： 1 】郭伟文， 王周安禺窀混凝土在芹山水电站的应用叨水力发电， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 6 ) ： 3 6 3 8 【 2 王锦荣， 丁勇明 导电混凝土在白沙水电站接地网改造中的应用【 J 】 电力设备， 2 0 0 8 ， 9 ( 4 ) ： 6 7 6 9 【 3 】3 阮剑峰， 杨清瑞， 曾永林 导电混凝土在接地工程中的应用【 J 】 广东电 力 ， 2 0 0 0， 1 3 ( 6 ) ： 4 0 4 2 4 孙旭导 电混凝土在变地站接地网中的应用 J 】 _高电压技术， 2 0 0 1 ， 2 7 ( z 1 )： 6 6 6 7 【 5 贾彦龙 高土壤电阻率变电站接地降阻实现 j 】 电力建设 ， 2 0 0 9 ， 3 0 ( 7 ) ： 4 3 4 6 6 6 庞文彬， 侯作富， 陈强， 等 低碳纤维掺量智能混凝土的电阻率研究 混凝土 ， 2 0 1 0 ， ( 6 ) ： 3 4 3 6 7 】 陈兵， 吴科如， 姚武纤维增强混凝土导电性能的研究与应用 J 】 混凝 土， 2 0 0 2 ( 7 ) ： 2 3 2 6 。 2 2 8 】V I C T O R C L i ， Ka r t h i k e y a n H o b l a E f f e c t o f f i b e r l e n g t h v a r i a t i o n o n t e - n s i l e p r o p e r t i e s o f c a r b o n - fi b e r c e me n t c o mp o s i t e f J 1 C o mp o s i t e s E n g - i n e e r i n g ， 1 9 9 4， 4 ( 9 ) ： 9 4 7 9 6 4 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 孙建虎( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 博士， 研究方向： 防灾减灾工程及防护 工程研究 。 重庆市沙坪坝区大学城后勤工程学院军事建筑工程系 ( 4 0 1 3 1 1 ) 1 3 0 2 2 3 2 9 3 4 0 “ 龙象共舞” 全球巡展收官6省最长臂架泵车纪录均 由三一“ 摘取” 0 s 、 7 月 3日， 历时 1 3 7天的“ 龙象共舞” 全球巡展收官， 三一长臂架泵车获得客户青睐。据了解， 甘肃客户购买的三一 6 2 m泵车成 为甘、 青、 宁地区最长臂架泵车， 另外， 三一 6 6 I I 1 泵车成为东北 3 省最长臂架泵车。至此 ， 6省最长臂架泵车纪录均由三一“ 摘取” 。 “ 龙象共舞” 全球巡展， 是在三一收购大象的背景下展开的， 这一并购改变了全球混凝土机械行业的竞争格局 ， 开创了混凝土行 业的发展新篇章。 此次“ 龙象共舞” 全球巡展在南京站启动， 在江西站落下帷幕。 巡展共进行了 3 0站， 历时 1 3 7 d ， 累计超过 2 2万名客户到场参加 活动， 超过 2 0万人参与网络活动。 巡展将三一卓越的产品、 领先的科技以及“ 一生无忧” 的服务送到了用户身边。其中， 新疆站现场成交总金额超过 7 亿元， 创造 了全国工程机械行业区域性展会成交金额的最高纪录。山西站在大象参展的带动下 ， 山西某公司在巡展上共计采购搅拌站、 泵车、 车载泵、 搅拌车等多台设备 ， 采购金额总计 1 2 亿元 ， 创下今年中国工程机械行业展会单笔采购金额之最。 此外， 随着三一长臂架泵车的落户， 各个区域最长臂架泵车的纪录纷纷被三一收入囊中。三一 6 2 m泵车成为甘、 青、 宁地区最 长臂架泵车， 三一 6 6 m泵车成为东北地区最长臂架泵车。 7 6 0 O O O O 0 O O 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m