導電混凝土受荷全過程電導率、應力與應變關系研究.pdf

1、導電混凝土是近年來興起研究的功能材料之一，是在對傳統的混凝土進行改性、研究和開發(fā)之后得到的。它除具有良好的力學性能外，還具有壓敏性、溫敏性及其它性能，不但順應了當前材料科學的發(fā)展趨勢，即促進材料向多功能化和信息技術方向發(fā)展，為智能結構的設計提供材料基礎，而且對混凝土結構在服役期或在臺風及地震等自然災害作用下的結構完整性的自診斷，損傷和缺陷的預報乃至自我修復等具有重要意義。另外，它還應用于機場、高架橋和高速公路等進行融雪除冰，以及建筑采暖

2、和電磁屏蔽等領域。但是，作為智能混凝土基礎的力學參量與電學參量之間的關系缺乏基礎研究，對于以廉價石墨為導電摻料的混凝土也少有實際測定。 與彈性模量相同，電導率是材料的本征量。為了研究石墨及碳纖維混凝土的導電性，并揭示其導電性能與力學性能之間的關系，本論文做了以下主要工作： 進行了導電混凝土試件制作方法的探索；試件電導測量電路的設計；混凝土試件在單次及反復軸壓荷載作用全下，電學量及力學量的全過程自動測量；為試驗控制(如采樣

3、過程)及數據整理(如繪制試驗曲線)編寫程序；荷載作用全過程混凝土試件的數值試驗；探索了將電—力比擬方法推廣到損傷、破裂全過程的可能性；對混凝土的損傷分析。 得到的主要成果如下：利用邊長為100mm的立方體外貼電極的混凝土試件，采用兩極板直流回路測量試件電阻，可以作為試驗的試件。 實測了單次及反復荷載下電導率—應變全過程曲線具有明顯的規(guī)律性。結果表明：電導率—應變關系與變形模量—應變關系峰值點基本重合，說明這兩關系基本同步

4、，且電導率作為本征量可以很好地反映材料的損傷，它作為導電混凝土的一個損傷變量是很有前景的。電導率—應變、應力—應變關系峰值點不重合，說明這兩關系的變化過程不完全同步。 考察了RFPA(巖石破裂過程分析)軟件的適用范圍，將它運用于石墨混凝土的破壞過程數值試驗；進行了不均勻參數和單元本構參數的選取，得出數值試驗結果：(1)應力—應變關系(2)彈性模量分布、聲發(fā)射分布及最大主應力分布。數值試驗結果與物理試驗結果較為接近，證明所設數值模

5、型及計算能夠較好地反映導電混凝土在荷載作用全過程中的強度及破壞特征。 在導電混凝土受壓全過程中，在含水率不變的條件下，引起電導率變化的主要原因有以下兩個：(1)導電顆?；蚶w維的接觸程度：當接觸緊密時，電導率上升，反之，下降；(2)混凝土的損傷程度：損傷小，電導率大，反之，小。試件的電導率是上升還是下降取決于這兩個因素誰起主導作用。試件加載至破壞的全過程可以用電導率的全過程變化體現出來。 導電混凝土單軸受壓全過程試驗表明了

6、比擬法的正確性：試驗中導電混凝土試件集承載與導電于一身，由于力場與電場的邊界條件相似(即便出現損傷甚至破裂也是相似的)，力場和電場是可以全過程相互比擬的。根據實測的電導率—應變、割線模量—應變關系，分析得出了二關系的比擬關系。 對于復雜的承載構件，利用RFPA程序容易得到力場，再用實測得到的力—電比擬關系修正，能夠得到電場的變化全過程。 在導電混凝土力學和電學性能、損傷、尤其是力場—電場比擬關系諸方面的基礎性研究具有創(chuàng)新