炭黑碳纤维复相导电混凝土电热效应的试验研究

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导电混凝土作为一种新型的智能材料,在融雪化冰、地面辐射采暖、电磁屏蔽、钢筋保护等领域具有广阔的应用前景,是目前混凝土发展方向中较为突出的一个发展领域。本文利用纳米导电炭黑和短切碳纤维作为导电相来改善混凝土的导电性能,制作出了炭黑碳纤维复相导电混凝土,并对其导电性能和电热效应进行了试验研究。  论文研究的主要内容如下:  1、对目前导电混凝土在国内外的研究现状进行了比较全面的论述,提出了将炭黑和碳纤维作为导电相同时掺入水泥基体制作复相导电混凝土的思路。  2、研究了复相导电混凝土的导电性能,主要考虑温度、湿度和外加电压对混凝土电阻率的影响。研究结果表明:混凝土电阻率随温度的升高出现一定程度的减小,即复相导电混凝土呈现明显的负温阻效应;混凝土在干燥状态下的电阻率高于潮湿状态;混凝土电阻率随外加电压的增大有一定程度的减小,电阻率越大,减小的趋势越明显。  3、进行了复相导电混凝土电热试验,研究了温度、干湿度和交、直流电源对混凝土电热温升效果的影响,分析了电热过程中混凝土电阻率的稳定性。试验结果表明:导电混凝土在电热初期的500min内,温度升高较快,而后随着时间的延续,温升速度减缓,直到混凝土温度趋于稳定;混凝土电阻率越小,导电性能越好,电热温升效果越好;混凝土干燥状态下的电热效果好于潮湿状态:通交流电源的电热温升大于通直流电源,且温度均匀性更好。  4、考虑到复相导电混凝土在实际工程中的应用,对其电热试验的温升效果作了进一步的分析。分析结果表明:当复相导电混凝土炭黑和碳纤维掺量分别为2%~4%和0.8%~1.1%时,导电混凝土能够较短的时间取得一定的电热温升效果,且在整个通电发热过程中混凝土的电阻率变化不大,电阻率稳定性良好,电热效果满足路面融雪化冰的要求。  导电混凝土是在普通水泥基材料中掺加导电相而形成的一种复合材料,由于导电相的掺加使得这种材料的电阻率大幅度降低,其导电性能相比普通混凝土有很大的改善。利用导电混凝土的导电性能,对其施加电场时,在一定的电功率作用下,会在混凝土中产生电热效应,使混凝土材料温度升高,这一功能使得导电混凝土可望用于室内采暖和寒冷地区道路的融雪化冰。以上研究成果,对于导电混凝土在这方面的应用具有一定的理论意义和应用价值。
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