碳纤维水泥基复合材料压敏性的灵敏度及机理分析.pdf

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1、第32卷第9期硅酸盐通报V01．32No．9September．20132013年9月uI1lQ!垦里量垦．塑!．兰垦!碳纤维水泥基复合材料压敏性的灵敏度及机理分析王玉林，赵晓华，朱德良，杜建华(1．武夷学院，武夷山354300；2．汕头大学，汕头515063；3．石家庄铁路职业技术学院，石家庄050041)摘要：采用阶梯循环加卸载方式，对碳纤维水泥基复合材料在不同应力下压敏性的变化进行试验，提出压敏性的灵敏度概念，对比了未经烘干与经烘干后两种情况下压敏性的灵敏度差异，试验结果表明：未经烘干的碳纤维水泥基复合材料呈现正压敏特性，而烘干后的材料呈现

2、负压敏特性，但两者压敏性的灵敏度均随受压应力的增加而减小，并且经烘干后，材料压敏性的灵敏度随受压应力增加而衰减的速度比未经烘干材料的衰减速度慢。应用隧穿效应和电容效应共同作用机理能较好的分析试验现象。关键词：碳纤维水泥基材料；灵敏度；正、负压敏性；含水量；衰减速度中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1001—1625(2013)09—1817-05StudyonSensitivityofPiezoresistivityandMechanismforCement-basedCompositeswithCarbonFiberWANGYu．1

3、in‘，ZHAOXiao．hua，ZHUDe．1iang‘，DUJian．hua(1．WuyiUniversity，Wuyishan354300，China；2．ShantouUniversity，Shantou515063，China3．Sh~iazhuangInstituteofRailwayTechnology，Shijiazhuang050041，China)Abstract：Testsofpiezoresistivityhavebeencarriedoutforcarbonfiberreinforcedcementdriedandund

4、ried，bystepcyclicloadingandunloadingmethod．Resultsshowthatpiezoresistivityispositivewhencompositesundried，whilepiezoresistivityisnegativewhencompositesdried，however，sensitivityofpiezoresistivityreduceswithincreasingpressureforbothcompositesundriedanddried．Bycontrast，ithasbeen

5、foundthatthedecayrateofsensitivityofpressuresensitivityisslowerforcompositesdriedthanforundried．Thephenomenaarediscussedbydoubleeffectsthattunnelingeffectandcapacitanceeffect．Keywords：Cement—basedcompositeswithcarbonfiber；sensitivity；positiveandnegativepressuresensitivity；moi

6、sturecontent；decayrate1引言水泥基材料是一种抗拉强度低、电阻率高的惰性材料。碳纤维是一种高强度、高弹性模量且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量的短切碳纤维，不仅可以显著提高其强度和韧性等力学性能¨引，而且可以使材料具有显著的压力敏感的功能特征引。掺入碳纤维的水泥基复合材料有望作为传感器用于土木工程结构应力和损伤检测与监测等而得到了广泛的关注¨H。但是由于碳纤维水泥基复合材料是非均质材料，压敏性具有明显的非线性且影响因素多，使材料压敏性的机理分析较为复杂，制约了理论研究及其在工程中的应用。碳纤维水泥基复合材料的压敏性机

7、理方面作者曾进行过较为深入研究，在已取得的研究基础上¨，本文对材料在不同受力阶段下压敏性变化规律进行了试验分析，提出了压敏性的灵敏度概念，对基金项目：福建省自然科学基金资助项目(2012J05096)；武夷学院青年基金项目(XQ201018)作者简介：王玉林(1978·)，副教授，博士．主要从事建筑智能材料与结构无损检测的研究．E—mail：ylwanghm@163．com1818研究快报硅酸盐通报第32卷比了材料烘干前和烘干后两种情况下压敏性的灵敏度的差异，分析了压敏性的灵敏度产生的机理，进一步证实了压敏性是电容效应和隧穿效应共同作用机理的合理

8、性。本文对碳纤维水泥基复合材料压敏性的非线性问题及其影响因素等方面的研究有重要意义。2实验2．1材料特性及配比碳纤维(沥青基)由东亚碳纤