功能混凝土性能研究范文

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《低溫建筑技術雜志》2014年第五期

1功能混凝土的工作性研究

本試驗是在減水劑使用量相同條件下，研究不同導電相材料的摻入對混凝土的塌落擴展度的影響及分析。如圖1所示，在混凝土里加入導電相材料對于混凝土的塌落擴展度的影響是很大的。可以看到，在單獨摻入納米炭黑、碳纖維時，混凝土的塌落擴展度的損失隨導電相材料摻入量的增加而增加的趨勢，但是納米炭黑對混凝土的塌落擴展度的損失的作用最大。在混凝土中摻入質量摻量0.4%的納米炭黑時，混凝土N04的塌落度已經很小，流動性和粘結性差。但是對于本試驗中最大質量摻量1．4%碳纖維的混凝土T14，混凝土的塌落度還是很大的，工作性也是很好的。而在混摻納米炭黑和碳纖維的混凝土中，混凝土的塌落擴展度的損失程度要比各自單摻時的大很多。導電相材料對于混凝土的塌落擴展度的影響是與其自身的材料特性分不開。納米炭黑的粒徑是17nm，粒徑極小而且本身多孔，納米炭黑的比面積要比同質量的碳纖維大的多，納米炭黑材料本身又是親水性材料，吸水性強，因此單位質量的納米炭黑的需水量大，所以，在納米炭黑的摻入量增加時，大量的水被納米炭黑占用，導致和膠凝材料反應的水減少，使包裹在石子等骨料的水泥漿體的量減少，使混凝土的變得干稠，工作性變差。本試驗采用的未經表面處理的瀝青基碳纖維，表面未經處理的瀝青基的碳纖維不易被水浸潤，需水量要比同質量的納米炭黑的要小很多，在纖維摻量較少時，對混凝土的工作性的影響不大。在制作碳纖維混凝土時，要先把羧甲基纖維素和水配制成質量含量為0．25%的分散劑溶液，然后用來分散試驗用的碳纖維。

2功能混凝土的力學性能研究

為了更好的研究摻入導電相材料對于混凝土的強度影響及規律，本試驗測試了3d抗壓強度和3d抗折強度。

2．1功能混凝土的抗壓強度試驗結果從表4試驗結果可以看出，在單摻納米炭黑時，混凝土的抗壓強度隨納米炭黑的摻量的增加呈現先增加后減小的趨勢。而且同單摻碳纖維相比，較少的納米炭黑摻量，就可以使混凝土的3d和28d的抗壓強度都提高很多。這樣的原因可能是:①在納米炭黑摻量較少(質量分數不大于0．2%)時，由于納米炭黑自身粒徑極小，極易在混凝土中分布較均勻，所以能夠起到填充混凝土中極小的空隙和缺陷等，所以能夠起到增強抗壓強度的作用;②在納米炭黑摻量較多(質量分數大于0．2%)時，納米炭黑自身的親水性，成為主要影響因數，大量的水被納米炭黑占用，導致和膠凝材料反應的水減少，使包裹在石子等骨料的水泥漿體的量減少，混凝土孔隙變多，混凝土的抗壓強度降低。在單摻碳纖維時，混凝土的抗壓強度隨著碳纖維摻量的增加而增加，只是在碳纖維的摻量超過一定值(1．0%)時，增加的速度減小了。而在混摻導電相時，混凝土的抗壓強度由于混合的導電相摻入，既有增大的，也有減小的，但是總體上，混摻碳纖維和納米炭黑導電相的混凝土的抗壓強度要高于單摻納米炭黑或碳纖維的抗壓強度。

2．2功能混凝土的抗折強度試驗結果。從表5看出，單摻納米炭黑時，混凝土3d和28d抗折強度隨著納米炭黑摻量的增加而降低。在摻量較少(0.1%～0.2%)時，對混凝土的抗折強度的影響不大。但在納米炭黑的質量摻量為0.4%，相對于素混凝土的3d和28d抗折強度，混凝土N04的3d和28d抗折強度分別降低了23.8%、30.2%，此時的納米炭黑對混凝土工作性影響很大，納米炭黑使混凝土變得干稠，混凝土變得堅硬而脆。單獨摻加碳纖維時，混凝土的3d和28d抗折強度都隨著碳纖維的摻量的增加而先增強，后降低的趨勢。碳纖維本身的抗拉強度很大，亂向的分散在混凝土中，當混凝土界面受力開裂時，依靠纖維面的粘結力來抵抗外界的荷載，再者混凝土中摻入的分散的短切碳纖維能在碳纖維長度允許范圍內產生一定搭接作用，搭接上的短切碳纖維經過水泥水化而形成一根或幾根結實的長碳纖維，產生一定的拉接力，這樣能增強混凝土抗折強度。但碳纖維自身的分散性很差，當在混凝土中摻量過多時，碳纖維就會結成團，在混凝土里形成嚴重的缺陷，使混凝土的強度降低，所以在混凝土中摻加碳纖維時，碳纖維的分散性是很重要的。混摻碳纖維和納米炭黑時，混凝土抗折強度相對單摻納米炭黑的抗折強度要高而比單摻碳纖維的要低，說明在混摻導電相材料里抗折強度受納米炭黑的影響還是很大。

3功能混凝土的電阻率的試驗分析

3．1混凝土電阻率的測試的試驗方法本試驗采用的內埋式的四電極法測電阻，電極采用的70mm×100mm長方形不銹鋼網，測試混凝土電阻的試件的尺寸是100mm×100mm×300mm．測試電壓是24V直流電壓源。測電阻方法是在試件內部預先埋四塊等間距的平行電極，內側BC兩電極間連接測電壓V，外側AD兩電極間連接測電流I，由歐姆定律，BC段電阻值為R=V/I，由BC段距離L和極板與試塊接觸面積A，由電阻率的計算公式，材料電阻率值為ρ=R•A/L，單位是Ω•cm。

3．2混凝土電阻率的數據分析通過四電極法測得電阻值，計算得到的電阻率數據處理如圖2、3和4:從圖中可以看到，總體上三種混凝土的電阻率隨著齡期的增長而呈增大的趨勢，但是增大的趨勢的發展過程卻各有不同。雖然三種混凝土的導電相材料和摻量都不一樣，但是3d、7d電阻率卻是基本相差不多，可見導電相的摻入對早期電阻率的降低效果不大。原因可能是早期混凝土內部含有大量的自由水、Ca2+、Na+、K+、OH－、SO42－等離子，起到了主要的導電作用。在單摻納米炭黑混凝土的電阻率與齡期的變化圖2，可以看出在齡期21d之前，不同摻量的電阻率變化曲線與素混凝土的電阻率變化曲線相距很近，不同的納米炭黑摻量對電阻率的降低區別不明顯。在齡期為21d的電阻率都達到一個很大的值(8000Ω•cm左右)，混凝土N04的電阻率超過了素混凝土S的電阻率，在齡期為28d之后，不同的納米炭黑摻量對混凝土電阻率的降低的效果越來越明顯，混凝土N02、N03的電阻率降低效果最明顯，混凝土N04的電阻率較大，但是在總體上28d齡期之后電阻率增長放緩，可見少摻量的納米炭黑對混凝土的電阻率是有一定的降低作用的，而且比較穩定。在單摻碳纖維混凝土的電阻率與齡期的變化圖3，可看出除了3d、7d電阻率略有波動外，摻碳纖維的混凝土的電阻率隨碳纖維的摻量的增加而降低，隨齡期的增長而增大。碳纖維對混凝土的電阻率的降低效果明顯，但是隨著齡期增長，電阻率的還有較大的增長趨勢，穩定性較差。在28d齡期時質量摻量0．8%～1．0%之間的電阻率降低最為明顯，而在1%～1.2%之間的電阻率降低的程度放緩，所以可以認為在碳纖維摻量的下閾值在0．8%～1．0%之間。在混摻納米炭黑和碳纖維的混凝土電阻率與齡期的關系圖4中，可以看到相對于單摻的納米炭黑或者碳纖維，混摻導電相的混凝土電阻率在早期的波動性較大，在28d齡期時，在納米炭黑的摻量在0．1%～0．2%的混摻的電阻率降低效果要比單摻納米炭黑時電阻率的降低效果明顯，而且35d、42d齡期的電阻率的穩定性要比單摻碳纖維時的效果好。可見，在混摻中，碳纖維的降低電阻率的作用依然顯著，納米炭黑摻入使得混摻混凝土的28d齡期之后的電阻率的穩定性更好。

4結語

(1)相對于碳纖維，納米炭黑對混凝土的塌落擴展度的影響更大。隨著納米炭黑的摻入量的增加，塌落擴展度的損失也隨著增大。(2)摻入質量分數為0．1%～0．2%的納米炭黑對混凝土的抗壓強度的提高作用顯著，對混凝土的抗折強度的影響不大。摻入質量分數為0．8%的碳纖維對混凝土的抗折強度的提高作用最明顯。(3)摻入質量分數為0．1%～0．2%的納米炭黑對混凝土的電阻率有一定降低作用，且28d之后齡期的混凝土的電阻率較為穩定。單摻碳纖維時，在質量分數0．8%～1．0%的混凝土的電阻率有一個較大的電阻率的突降，可以認為在0．8%～1．0%之間存在一個碳纖維導電摻量的下閾值。

作者：趙晶張長福王岳華李繼野王進京單位：大連交通大學土木與安全工程學院大連市建筑科學研究設計院股份有限公司