机敏混凝土及其结构的压敏性研究

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本文在前人的研究基础上通过实验进一步对碳纤维增强水泥(CFRC)及其结构的压敏性进行了研究,分析其导电机理和压敏性的灵敏度和稳定性,并对CFRC的压敏性在工程应用方面进行了探索。 (1)提出了CFRC应变-电阻效应的物理模型。在理论分析和大量实验的基础上,提出CFRC的电阻由碳纤维电阻、水泥浆体电阻和碳纤维及水泥浆体之间的界面电阻三部分组成的解释CFRC材料压敏性的串联模型。 (2)用直流电阻法、交流阻抗法和电容法测试了CFRC材料的压敏性。结果表明:①采用交流阻抗法测试CFRC试块的压敏效应可以有效地消除CFRC试块的电极处的极化效应和电极界面的热电动势;采用小电流供电可避免温敏效应,因此交流阻抗法要比直流电阻法稳定性好。同时交流阻抗包括电阻和容抗,且电阻和电容是并联的,电阻和容抗同时减小必将使交流阻抗减小更多,所以用该方法测试的灵敏度得到了明显提高。②CFRC在受压时其电容会随压力的变化而变化,主要是因为CFRC的相对介电常数随压力的变化而变化,所以通过电容的测量同样可以反映CFRC的压敏性,而且电容随应力、应变的变化灵敏,测试数据稳定。 (3)测试了CFRC试样在周边有约束时的压敏性,结果表明当CFRC试样四周受约束时,其压敏性的灵敏度有所降低,但线性却更好。为将CFRC的压敏性用于工程实际提供了依据。 (4)对CFRC的压敏性在结构层次上的应用作了探索。根据构件各部位的应力应变状况及CFRC的功能特性,有选择地敷设CFRC,采用直流探针压降法测试,既获得了极高的压敏灵敏度,又实现了CFRC压敏性和温敏性两种效应的解耦。 (5)利用CFRC的压敏性监测混凝土中钢筋的锈蚀。在混凝土结构中的钢筋外包裹一层CFRC,当钢筋锈蚀时,CFRC包裹层径向受压,其电参数发生明显变化。钢筋锈胀力与钢筋的锈蚀率有一定的关系,监测CFRC的电阻变化就可以定量地了解钢筋锈蚀的发展,利用CFRC的压敏性实时地、在线地、无损地监测钢筋的锈蚀情况。该方法灵敏度高,是行之有效的。
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