纖維導(dǎo)電混凝土特性

1、一、纖維導(dǎo)電混凝土的導(dǎo)電性能： “在1999年，美國的Sherif Yehia和Christopher Y.Tuan提出利用鋼纖維混凝土的導(dǎo)電性開展關(guān)于橋梁路面除冰的實驗研究。表1-1為他們公布的現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)。從現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)來看，利用導(dǎo)電混凝土的電熱效應(yīng)來進(jìn)行融雪化冰是一種有效地手段。而從他們公布的有關(guān)材料性能數(shù)據(jù)來看（表1-2），強(qiáng)度和電阻系數(shù)都不是很理想，同時對于鋼纖維導(dǎo)電混凝土的電阻系數(shù)，經(jīng)過一年以后增大了近60倍，而且現(xiàn)場采用的電壓為110V，這也是很危險的?！?“考慮到實際應(yīng)用，電阻率應(yīng)該在1100·cm?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富“在纖維摻量小于

2、06%時，碳纖維混凝土電阻對溫度變化很敏感，且隨纖維含量的增加，碳纖維混凝土電阻溫敏性穩(wěn)定提高；含05%和06纖維的碳纖維混凝土同時具有較高的敏感性和穩(wěn)定性；當(dāng)纖維禽量超過08%時，碳纖維混凝土沒有明顯的溫敏性?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富 “DDLChung等在1999年研究發(fā)現(xiàn)：碳纖維混凝土的電阻率隨溫度升高而減小、隨溫度降低而增大?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富“碳纖維屬于過渡形式碳，其微觀結(jié)構(gòu)類似于石墨。由苯環(huán)稠合組成平面網(wǎng)，構(gòu)成一個無限大的電子軌道體系，電子可以在整個網(wǎng)的大體系中離域從而導(dǎo)電。碳纖維分散在水泥基體中，受未水化水泥顆粒、水化

3、產(chǎn)物和缺陷裂紋等阻隔，形成勢壘只有能量大于勢壘的電子才能在纖維間躍遷進(jìn)行傳導(dǎo)。當(dāng)碳纖維水泥試塊的溫度升時，由于升溫使電子受熱激發(fā)而獲得能量，使更多電子能克服水泥基體阻隔形成的勢壘，導(dǎo)致電阻率下降反之當(dāng)溫度下降時，其電阻率增大?！?混凝土路面溫度自診斷特性的實驗研究.唐祖全二、碳纖維導(dǎo)電混凝土的力學(xué)性能： “1992年，Pu-Woei Chert和D.D.L.Chung在他們所做的實驗中，加入了體積含量為0.2的碳纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)7天、14天、28天抗壓強(qiáng)度分別增加了40、22、17。但是隨著碳纖維摻量的增加，CFRC的抗壓強(qiáng)度會下降，同時彈性模量也會隨著碳纖維摻量增加而減少。這是因為在攪拌過程中

4、引進(jìn)了大量的空氣，使CFRC內(nèi)的空氣含量增加。要解決此問題就要從碳纖維混凝土的制作方式上作進(jìn)一步的研究?！?“當(dāng)摻入量較大時(2)，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性均呈下降趨勢，碳纖維若不能均勻分散將限制其性能的發(fā)揮?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富 “在水泥、混凝土材料中摻加碳纖維可起到阻裂增韌作用，它能克服鋼纖維銹蝕、石棉纖維致癌、玻璃纖維在高堿環(huán)境下強(qiáng)度受損等缺點。得到的混凝±具有高韌性及優(yōu)良抗沖擊性。當(dāng)體積摻量為23時，抗折強(qiáng)度可提高4倍，韌性提高20倍，經(jīng)凍融實驗和加速耐候試驗，動態(tài)彈性模量和抗折強(qiáng)度都沒有變化?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富3、

5、 碳纖維導(dǎo)電混凝土的熱學(xué)以及熱力學(xué)性能： “美國的D.D.LChung教授等研究了各種外加劑，如硅灰、膠乳液、甲基纖維素、砂、短切碳纖維和表面處理劑，如臭氧、重鉻酸鉀、硅烷偶聯(lián)劑等對水泥漿的熱學(xué)和熱力學(xué)性能(比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、熱穩(wěn)定性等)的影響。并從外加劑本身的性能、外加劑對水泥復(fù)合材料密度和孔隙的影響、外加劑一水泥界面特性等方面進(jìn)行了解釋。 在水泥漿中加入膠乳液(水泥重量的20-30%)、甲基纖維素(水泥重量的0.4O.8%）或硅灰(15%水泥重量)將使其熱傳導(dǎo)系數(shù)降低46； 隨膠乳液摻量的增加，水泥漿的熱傳導(dǎo)系數(shù)越小、比熱越大；在水泥漿中加入碳纖維將引入較多的氣泡，使導(dǎo)熱系數(shù)減小

6、；加入經(jīng)過硅烷處理的硅灰和碳纖維，將使水泥凈漿的比熱上升12，導(dǎo)熱系數(shù)降低40；在水泥凈漿中加入砂子將會降低比熱、增大導(dǎo)熱系數(shù)；在水泥漿中同時添加硅灰和硅烷，硅灰粒子通過硅烷分子的共價鍵耦合形成網(wǎng)絡(luò)，將顯著增大水泥漿的比熱和導(dǎo)熱系數(shù)，且實驗表明只需摻入水泥重量02的硅烷即可獲得滿意的效果?！比谘┗锰祭w維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富在碳纖維和普通混凝土(含水率為0的情況下)的容重、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)分別為1750kgm3、0.72kJkgK、20 Wm·K淵囂2300 kgm3、0.88kJkg。K、1.28Wm·K的前提下。得到了碳纖維體積含量分別為1、2、3、4時導(dǎo)

7、電混凝土的容重、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)的變化范圍見下表。通過實驗來測定，可以獲得準(zhǔn)確的值，導(dǎo)熱系數(shù)的變化范圍主要是作為有限元分析的輸入數(shù)據(jù)參考。四、導(dǎo)電混凝土電熱層的設(shè)置及導(dǎo)電混凝土的化冰效果 普通混凝土層為路面板的上層；導(dǎo)電混凝土在電源連通后產(chǎn)生熱量，溫度升高，同是熱量向上傳遞給冰、雪層，使冰雪吸熱升溫；絕熱層：一般設(shè)置于導(dǎo)電混凝土層與普通混凝土層之間，阻止熱量向下傳導(dǎo)，盡量減少熱量損失，提高融雪化冰效果。融雪化冰用碳纖維導(dǎo)電混凝土的研制及應(yīng)用研究.侯作富“假設(shè)溫度在混凝土層和冰層都是呈線性規(guī)律變化，且忽略了輻射換熱。在這種情況下得到的結(jié)論是：冰在30分鐘左右開始融化，從升溫到冰化完大約為一個小時?！?導(dǎo)熱系數(shù)與化冰時間的關(guān)系：“從下面圖中可以看出，當(dāng)混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)到10 Wm·K時，再提離混凝土導(dǎo)熱系數(shù)對化冰時間的影響融不大。在其它條件一定的前提下，混凝土導(dǎo)熱系數(shù)越大，化冰的時間越短，但當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)增大到一定的值后，化冰所需的時間就完全取決于輸入功率的大小了。” 輸入功率與化冰時間的關(guān)系：“針對本節(jié)中的情況(注意此時對流換熱系數(shù)非常的大)，比較合理的輸入功率應(yīng)該在500-1000Wm2之間，具體值可視實際情況(如化冰時間要求和經(jīng)濟(jì)性)而定?！蓖饨绛h(huán)境對化冰時間的影響，如：風(fēng)力（對流換熱系數(shù)