功能混凝土性能研究范文

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《低温建筑技术杂志》2014年第五期

1功能混凝土的工作性研究

本试验是在减水剂使用量相同条件下，研究不同导电相材料的掺入对混凝土的塌落扩展度的影响及分析。如图1所示，在混凝土里加入导电相材料对于混凝土的塌落扩展度的影响是很大的。可以看到，在单独掺入纳米炭黑、碳纤维时，混凝土的塌落扩展度的损失随导电相材料掺入量的增加而增加的趋势，但是纳米炭黑对混凝土的塌落扩展度的损失的作用最大。在混凝土中掺入质量掺量0.4%的纳米炭黑时，混凝土N04的塌落度已经很小，流动性和粘结性差。但是对于本试验中最大质量掺量1．4%碳纤维的混凝土T14，混凝土的塌落度还是很大的，工作性也是很好的。而在混掺纳米炭黑和碳纤维的混凝土中，混凝土的塌落扩展度的损失程度要比各自单掺时的大很多。导电相材料对于混凝土的塌落扩展度的影响是与其自身的材料特性分不开。纳米炭黑的粒径是17nm，粒径极小而且本身多孔，纳米炭黑的比面积要比同质量的碳纤维大的多，纳米炭黑材料本身又是亲水性材料，吸水性强，因此单位质量的纳米炭黑的需水量大，所以，在纳米炭黑的掺入量增加时，大量的水被纳米炭黑占用，导致和胶凝材料反应的水减少，使包裹在石子等骨料的水泥浆体的量减少，使混凝土的变得干稠，工作性变差。本试验采用的未经表面处理的沥青基碳纤维，表面未经处理的沥青基的碳纤维不易被水浸润，需水量要比同质量的纳米炭黑的要小很多，在纤维掺量较少时，对混凝土的工作性的影响不大。在制作碳纤维混凝土时，要先把羧甲基纤维素和水配制成质量含量为0．25%的分散剂溶液，然后用来分散试验用的碳纤维。

2功能混凝土的力学性能研究

为了更好的研究掺入导电相材料对于混凝土的强度影响及规律，本试验测试了3d抗压强度和3d抗折强度。

2．1功能混凝土的抗压强度试验结果从表4试验结果可以看出，在单掺纳米炭黑时，混凝土的抗压强度随纳米炭黑的掺量的增加呈现先增加后减小的趋势。而且同单掺碳纤维相比，较少的纳米炭黑掺量，就可以使混凝土的3d和28d的抗压强度都提高很多。这样的原因可能是:①在纳米炭黑掺量较少(质量分数不大于0．2%)时，由于纳米炭黑自身粒径极小，极易在混凝土中分布较均匀，所以能够起到填充混凝土中极小的空隙和缺陷等，所以能够起到增强抗压强度的作用;②在纳米炭黑掺量较多(质量分数大于0．2%)时，纳米炭黑自身的亲水性，成为主要影响因数，大量的水被纳米炭黑占用，导致和胶凝材料反应的水减少，使包裹在石子等骨料的水泥浆体的量减少，混凝土孔隙变多，混凝土的抗压强度降低。在单掺碳纤维时，混凝土的抗压强度随着碳纤维掺量的增加而增加，只是在碳纤维的掺量超过一定值(1．0%)时，增加的速度减小了。而在混掺导电相时，混凝土的抗压强度由于混合的导电相掺入，既有增大的，也有减小的，但是总体上，混掺碳纤维和纳米炭黑导电相的混凝土的抗压强度要高于单掺纳米炭黑或碳纤维的抗压强度。

2．2功能混凝土的抗折强度试验结果。从表5看出，单掺纳米炭黑时，混凝土3d和28d抗折强度随着纳米炭黑掺量的增加而降低。在掺量较少(0.1%～0.2%)时，对混凝土的抗折强度的影响不大。但在纳米炭黑的质量掺量为0.4%，相对于素混凝土的3d和28d抗折强度，混凝土N04的3d和28d抗折强度分别降低了23.8%、30.2%，此时的纳米炭黑对混凝土工作性影响很大，纳米炭黑使混凝土变得干稠，混凝土变得坚硬而脆。单独掺加碳纤维时，混凝土的3d和28d抗折强度都随着碳纤维的掺量的增加而先增强，后降低的趋势。碳纤维本身的抗拉强度很大，乱向的分散在混凝土中，当混凝土界面受力开裂时，依靠纤维面的粘结力来抵抗外界的荷载，再者混凝土中掺入的分散的短切碳纤维能在碳纤维长度允许范围内产生一定搭接作用，搭接上的短切碳纤维经过水泥水化而形成一根或几根结实的长碳纤维，产生一定的拉接力，这样能增强混凝土抗折强度。但碳纤维自身的分散性很差，当在混凝土中掺量过多时，碳纤维就会结成团，在混凝土里形成严重的缺陷，使混凝土的强度降低，所以在混凝土中掺加碳纤维时，碳纤维的分散性是很重要的。混掺碳纤维和纳米炭黑时，混凝土抗折强度相对单掺纳米炭黑的抗折强度要高而比单掺碳纤维的要低，说明在混掺导电相材料里抗折强度受纳米炭黑的影响还是很大。

3功能混凝土的电阻率的试验分析

3．1混凝土电阻率的测试的试验方法本试验采用的内埋式的四电极法测电阻，电极采用的70mm×100mm长方形不锈钢网，测试混凝土电阻的试件的尺寸是100mm×100mm×300mm．测试电压是24V直流电压源。测电阻方法是在试件内部预先埋四块等间距的平行电极，内侧BC两电极间连接测电压V，外侧AD两电极间连接测电流I，由欧姆定律，BC段电阻值为R=V/I，由BC段距离L和极板与试块接触面积A，由电阻率的计算公式，材料电阻率值为ρ=R•A/L，单位是Ω•cm。

3．2混凝土电阻率的数据分析通过四电极法测得电阻值，计算得到的电阻率数据处理如图2、3和4:从图中可以看到，总体上三种混凝土的电阻率随着龄期的增长而呈增大的趋势，但是增大的趋势的发展过程却各有不同。虽然三种混凝土的导电相材料和掺量都不一样，但是3d、7d电阻率却是基本相差不多，可见导电相的掺入对早期电阻率的降低效果不大。原因可能是早期混凝土内部含有大量的自由水、Ca2+、Na+、K+、OH－、SO42－等离子，起到了主要的导电作用。在单掺纳米炭黑混凝土的电阻率与龄期的变化图2，可以看出在龄期21d之前，不同掺量的电阻率变化曲线与素混凝土的电阻率变化曲线相距很近，不同的纳米炭黑掺量对电阻率的降低区别不明显。在龄期为21d的电阻率都达到一个很大的值(8000Ω•cm左右)，混凝土N04的电阻率超过了素混凝土S的电阻率，在龄期为28d之后，不同的纳米炭黑掺量对混凝土电阻率的降低的效果越来越明显，混凝土N02、N03的电阻率降低效果最明显，混凝土N04的电阻率较大，但是在总体上28d龄期之后电阻率增长放缓，可见少掺量的纳米炭黑对混凝土的电阻率是有一定的降低作用的，而且比较稳定。在单掺碳纤维混凝土的电阻率与龄期的变化图3，可看出除了3d、7d电阻率略有波动外，掺碳纤维的混凝土的电阻率随碳纤维的掺量的增加而降低，随龄期的增长而增大。碳纤维对混凝土的电阻率的降低效果明显，但是随着龄期增长，电阻率的还有较大的增长趋势，稳定性较差。在28d龄期时质量掺量0．8%～1．0%之间的电阻率降低最为明显，而在1%～1.2%之间的电阻率降低的程度放缓，所以可以认为在碳纤维掺量的下阈值在0．8%～1．0%之间。在混掺纳米炭黑和碳纤维的混凝土电阻率与龄期的关系图4中，可以看到相对于单掺的纳米炭黑或者碳纤维，混掺导电相的混凝土电阻率在早期的波动性较大，在28d龄期时，在纳米炭黑的掺量在0．1%～0．2%的混掺的电阻率降低效果要比单掺纳米炭黑时电阻率的降低效果明显，而且35d、42d龄期的电阻率的稳定性要比单掺碳纤维时的效果好。可见，在混掺中，碳纤维的降低电阻率的作用依然显著，纳米炭黑掺入使得混掺混凝土的28d龄期之后的电阻率的稳定性更好。

4结语

(1)相对于碳纤维，纳米炭黑对混凝土的塌落扩展度的影响更大。随着纳米炭黑的掺入量的增加，塌落扩展度的损失也随着增大。(2)掺入质量分数为0．1%～0．2%的纳米炭黑对混凝土的抗压强度的提高作用显著，对混凝土的抗折强度的影响不大。掺入质量分数为0．8%的碳纤维对混凝土的抗折强度的提高作用最明显。(3)掺入质量分数为0．1%～0．2%的纳米炭黑对混凝土的电阻率有一定降低作用，且28d之后龄期的混凝土的电阻率较为稳定。单掺碳纤维时，在质量分数0．8%～1．0%的混凝土的电阻率有一个较大的电阻率的突降，可以认为在0．8%～1．0%之间存在一个碳纤维导电掺量的下阈值。

作者：赵晶张长福王岳华李继野王进京单位：大连交通大学土木与安全工程学院大连市建筑科学研究设计院股份有限公司