碳纖維水泥凈漿試塊的滲流現象研究

摘 要 電阻是水泥基機敏復合材料的一個重要電性能參數。普通水泥混凝土的電阻率大，導電能力弱，往其中摻入碳纖維可顯著改善其導電性能。摻CMC有促進纖維分散的功效，可改善碳纖維混凝土的導電性。此外，CCCW材料的加入和對碳纖維表面進行氧化處理后，對電學性能的穩定性起到一定的作用，本章主要通過對內摻CCCW材料的CFRC凈漿試塊的電阻測試，分析不同碳纖維摻量下試塊的滲流現象。

關鍵詞 CCCW CFRC 滲流現象

一、碳纖維水泥凈漿試塊的制備

CFRC凈漿試塊的尺寸為40mm€？0mm€？0mm，其制備過程如下：

1、按照CFRC凈漿試塊試驗設計方案（見表1），稱量各種原材料。

2、碳纖維的分散。分散劑CMC的加入能較好地潤濕碳纖維，促使纖維以單絲態均勻分散。首先將全部分散劑倒入盛有適量熱水的燒杯中攪拌至均勻并滴入消泡劑。再將用濃硝酸處理過的碳纖維倒入該燒杯中攪拌15min，使碳纖維在含有分散劑的溶液中充分分散，以溶液呈流體態，沒有大塊固體顆粒為分散均勻的標志。

注：表1中各材料的百分含量是相對所加水泥質量的百分數，每種含量的試塊為一組，每組6個試塊。

3、攪拌。首先將水泥倒入強力攪拌鍋中，將稱取好的KIM加入其中攪拌，再將已經分散好的碳纖維溶液倒入充分攪拌，最后放在水泥凈漿攪拌機中干拌1min，逐漸加入剩余的水，持續攪拌4min。

4、試件成型與養護。攪拌完成以后，將碳纖維水泥倒入事先刷過機油的模具中，該模具的尺寸為40mm€？0mm€？0mm，一套模具可以制作6個試塊。再將裝有碳纖維水泥的模具置于振動臺上振搗2min使之密實成型。試塊成型后置于室內環境中24h，第二天拆模，并放在標準養護箱中養護28天，養護期間試塊彼此間隔不小于10mm。養護條件為：環境溫度為20℃€？℃，RH≥90%。

5、模具的清理。將試塊脫模后，清理模具并組裝起來，然后抹上一層油，以防模具生銹。

二、測試系統

在采用四電極法測試電阻前，將試塊從標準養護箱中取出在室溫條件下靜置，待其晾干后用砂紙磨平六個面，再用無水乙醇洗凈表面。接著將導電銀膠涂在尺寸為40mm€？0mm€？0mm的試塊相鄰的四個面上一定部位制成四個電極，并用銅導線接出，中間兩電極間的距離為11mm，如圖1 （a）、（b）所示。

三、CFRC凈漿試塊的實驗結果及分析

從圖2可以看出， 隨著碳纖維加入量的增加， CFRC凈漿試塊電阻率大幅度下降。當碳纖維摻量較少（碳纖維摻量為0.2%）時， 碳纖維會孤立地分散在水泥基體中，相鄰碳纖維之間距離較大，電子不能穿越其間勢壘，導電作用不大，試塊的電阻率為727.3€%R·m；當碳纖維摻量為1%和1.2%時，碳纖維間距減小，在電場力作用下電子可以穿越相鄰兩根碳纖維之間的勢壘運動傳導電荷，形成隧道效應導電，試塊的電阻率分別為94.5€%R·m和1.8€%R·m，電阻率與碳纖維摻量為0.2%時相比分別下降了87.1%和99.7%，下降幅度很大；隨碳纖維摻量的增加，碳纖維之間間距很小，并形成連通的導電網絡，電阻率繼續降低；繼續增加碳纖維摻量為2%時，僅使導電通路增加，導電鏈的數目更多，試塊的電阻率仍繼續下降，但是下降比例逐漸減小。上述研究結果表明，該體系下的滲流區域為碳纖維摻量為相對水泥質量分數的1.0%～1.2%。

參考文獻：

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（作者單位：鄂東職業技術學院）