【摘要】：傳統(tǒng)的導(dǎo)電混凝土大多基于電子導(dǎo)電的原理,以鋼纖維、碳纖維、石墨、炭黑等作為導(dǎo)電相材料,依靠混凝土內(nèi)部自由電子的運(yùn)動(dòng)遷移形成導(dǎo)電。而傳統(tǒng)導(dǎo)電相材料的一些固有缺陷極大地影響了其實(shí)際應(yīng)用。不同于傳統(tǒng)導(dǎo)電混凝土,離子導(dǎo)電砂漿基于離子導(dǎo)電的原理,利用電解質(zhì)溶液中各種離子在外加電場(chǎng)作用下的定向移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。離子導(dǎo)電砂漿的原材料廉價(jià)易得,制備工藝較簡(jiǎn)單,導(dǎo)電性能良好,具有良好的應(yīng)用前景。在本課題組前期的研究基礎(chǔ)上,本文圍繞離子導(dǎo)電砂漿試件,從其導(dǎo)電原理出發(fā),系統(tǒng)考察了引氣劑和水灰比對(duì)離子導(dǎo)電砂漿力學(xué)性能、孔隙率、電阻率、微觀形貌和宏觀孔結(jié)構(gòu)的影響;基于滲透原理,對(duì)離子導(dǎo)電砂漿的滲透方式做了對(duì)比和優(yōu)化,并利用電化學(xué)工作站對(duì)砂漿試件開展了開路電位測(cè)試,對(duì)其滲透性能做了定性分析;同時(shí)利用電化學(xué)交流阻抗技術(shù)系統(tǒng)探究了試件孔隙率、電解質(zhì)溶液濃度以及電解質(zhì)溶液種類對(duì)砂漿試件交流阻抗特性的影響;基于上述大量試驗(yàn),最后對(duì)砂漿試件的升溫性能和密封材料進(jìn)行了研究,為離子導(dǎo)電砂漿的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。具體研究工作包括:(1)從離子導(dǎo)電砂漿的導(dǎo)電原理出發(fā),孔隙率對(duì)砂漿試件滲透過程及最終的導(dǎo)電性能有至關(guān)重要的影響,本文系統(tǒng)考察了引氣劑和水灰比兩個(gè)因素對(duì)砂漿試件力學(xué)性能、孔隙率、宏觀孔結(jié)構(gòu)、微觀形貌以及后期電阻率(導(dǎo)電性能)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,改變水灰比和外摻引氣劑均會(huì)對(duì)砂漿試件的導(dǎo)電性能產(chǎn)生影響。其中,當(dāng)鋁粉和SJ-2的摻量分別為水泥質(zhì)量的0.075%和0.02%,水灰比為0.7時(shí),試件在150 d齡期的電阻率僅為5.385Ω·m,導(dǎo)電性能在所有試件中最優(yōu)。(2)滲透過程的有效性決定了離子導(dǎo)電砂漿的導(dǎo)電性。在前章系統(tǒng)優(yōu)化了試件孔隙率和孔隙結(jié)構(gòu)的前提下,從試件的滲透過程入手,對(duì)試件的滲透方式進(jìn)行優(yōu)化,以提高試件的滲透程度和滲透效率。本文綜合對(duì)比了自然浸泡和真空滲透兩種方式,結(jié)果表明,當(dāng)試件處于真空狀態(tài)中時(shí),電解質(zhì)溶液在壓差梯度的作用下更多地滲入試件中,滲透的效率比自然狀態(tài)下更高。并且,在真空滲透的條件下,試件電阻率的保持率要優(yōu)于自然浸泡。另一方面,采用電化學(xué)工作站對(duì)試件滲透過程中開路電位的變化進(jìn)行測(cè)試,以探明試件的滲透規(guī)律,研究表明,孔隙率越大,越有利于試件滲透;在一定范圍內(nèi),電解質(zhì)溶液的濃度越大,越有利于試件滲透并提高試件的導(dǎo)電性,但超過某個(gè)濃度值后,過大的濃度反而會(huì)對(duì)試件的導(dǎo)電性能產(chǎn)生不利影響。因此,在能滿足離子導(dǎo)電砂漿相應(yīng)的導(dǎo)電性能要求下,電解質(zhì)溶液的濃度不宜過大。(3)本文創(chuàng)新性地利用電化學(xué)工作站對(duì)離子導(dǎo)電砂漿試件的交流阻抗譜特性進(jìn)行了研究,以建立離子導(dǎo)電砂漿的電路模型。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著砂漿試件孔隙率及滲透進(jìn)砂漿試件電解質(zhì)溶液濃度的增大,溶液電阻R_S和電荷傳遞電阻R_(ct)均呈減小趨勢(shì),界面電容CPE呈增大趨勢(shì);在滲透的三種不同種類的電解質(zhì)溶液中,溶液電阻R_S和電荷傳遞電阻R_(ct)的大小關(guān)系是:CuSO_4CaCl_2NaCl,而界面電容CPE則呈相反趨勢(shì),NaCl最大,而CuSO_4最小。(4)本文對(duì)離子導(dǎo)電砂漿試件在不同電壓類型和不同電壓大小下的升溫性能進(jìn)行了研究,試驗(yàn)結(jié)果表明,在30V的較高電壓下,試件的溫度上升較高,也因此蒸發(fā)喪失了試件內(nèi)部大量的電解質(zhì)溶液,這對(duì)砂漿試件后期的導(dǎo)電性不利;而在10V的較低電壓下,試件升溫幅度較合理,電解質(zhì)溶液的保持相對(duì)較理想,試件后期的導(dǎo)電性能也更優(yōu)異。不同于交流電,砂漿試件在直流電的條件下存在極化效應(yīng),這將導(dǎo)致試件的電阻增大,導(dǎo)電性能減弱。因此,在對(duì)砂漿試件進(jìn)行升溫試驗(yàn)時(shí),應(yīng)選用較低的交流電壓。而針對(duì)試件的密封材料,本文對(duì)不涂抹密封材料和分別涂抹環(huán)氧樹脂AB膠和融化固體石蠟的試件進(jìn)行密封效果對(duì)比,結(jié)果表明,密封材料對(duì)試件電阻率的保持至關(guān)重要,未涂抹任何密封材料的試件電阻率增長(zhǎng)極快,而在環(huán)氧樹脂AB膠和融化固體石蠟的對(duì)比中,則是融化的固體石蠟效果更佳。
【圖文】：

圖 1-2 石墨粉導(dǎo)電混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化[7]Fig. 1-2 Changes in compressive strength of graphite powder conductive concrete w）炭黑材料材料是以含碳原料經(jīng)不完全燃燒而產(chǎn)生的微細(xì)粉末或顆粒。是一種重泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。炭黑的種類和用途很多，用于導(dǎo)電混凝土的炭黑主導(dǎo)電炭黑等。炭黑雖然在價(jià)格上比石墨低廉，但在成粒上也有很大難泥漿的膠結(jié)力，影響混凝土的強(qiáng)度。李濱等[8]在混凝土中加入炭黑制土，當(dāng)探究炭黑體積摻量與抗壓強(qiáng)度關(guān)系的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)當(dāng)炭黑體積摻隨著摻量的增加而降低，當(dāng)炭黑體積摻量達(dá)到 2.5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度從Pa 降到了 9 MPa 左右，，降低幅度較大，也限制了其在導(dǎo)電混凝土中的）鋼渣具有良好的抗水性和抗凍性，因此，其非常適合應(yīng)用在寒冷地區(qū)的混

1-3、圖 1-3 所示。由表 1-3 可以明顯看出，復(fù)摻 0.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的碳電阻率急劇下降，到了 28 d 時(shí)，電阻率由 1.17×106Ω cm 降至 1708 數(shù)量級(jí)，可見復(fù)摻碳纖維后對(duì)混凝土的導(dǎo)電性能有了極大的提升。繼 1-3 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增大碳纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)，電阻率依然呈現(xiàn)出較明表明炭黑導(dǎo)電混凝土在復(fù)摻碳纖維后，電阻率隨著碳纖維摻量的增加表 1-3 不同養(yǎng)護(hù)齡期下碳纖維炭黑導(dǎo)電混凝土電阻率[10]ble 1-3 Resistivity of conductive concrete with carbon fiber carbon black under differages維質(zhì)量（%）電阻率 （Ω cm）1d 3d 7d 14d 20 273000 306000 691000 767000 110.5 2764.8 2662.4 1840.6 1361.9 171 981.5 970.7 544.1 355.1 3
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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1 曾文波;孫振平;水亮亮;唐曉博;李黨義;;混凝土引氣劑的作用機(jī)理及性能評(píng)價(jià)方法[J];混凝土世界;2015年11期

2 胡v

本文編號(hào)：2592344