自感知碳納米管水泥基復(fù)合材料及其在交通探測中的應(yīng)用.pdf

1、碳納米管(CNT)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)和熱學(xué)等物理性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性,同時具有獨特的中空管狀結(jié)構(gòu)、納米級的管徑以及高的長徑比,是一種制備自感知水泥基復(fù)合材料的優(yōu)異納米級填料。自感知CNT水泥基復(fù)合材料因其具有布設(shè)方便、與路面/橋面結(jié)構(gòu)相容性好、耐久性好以及易于維護等優(yōu)點,在交通探測方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。本文主要圍繞基于高效減水劑的CNT水泥基復(fù)合材料制備、CNT水泥基復(fù)合材料的感知性能測試、基于數(shù)值計算的CNT水泥基復(fù)合

2、材料電學(xué)性能模擬、以及基于自感知CNT水泥基復(fù)合材料的交通流量探測四個方面內(nèi)容進行了研究,具體如下:
　　(1)針對已有CNT/碳納米纖維(CNF)分散劑與水泥基體的相容性問題,提出應(yīng)用高效減水劑分散CNT/CNF進而制備自感知CNT/CNF水泥基復(fù)合材料的方法。根據(jù)摻加不同摻量、不同種類CNT/CNF的水泥基復(fù)合材料的感知性能測試結(jié)果可知,應(yīng)用高效減水劑制備自感知CNT/CNF水泥基復(fù)合材料是可行的,高效減水劑對CNT/CNF在

3、水泥基體中的良好分散是由于其具有雙重分散作用。
　　(2)針對CNT水泥基復(fù)合材料感知信號的獲取問題,研究了復(fù)合材料的電導(dǎo)(包括電阻和電容)特性,同時測試了電阻和電容對壓力的響應(yīng)以及交流測試電壓對感知性能的影響?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,提出了直流測試方法下感知信號的提取方法,以及應(yīng)用交流電路測試感知信號的交流測試方法。
　　(3)通過蒙特卡洛隨機方法和ANSYS12.0構(gòu)建了CNT水泥基復(fù)合材料的有限元模型,并基于有限元法研究了C

4、NT長徑比、直徑和摻量對復(fù)合材料有效電阻率的影響;在此基礎(chǔ)上通過GEM方程對有效電阻率數(shù)值解和電阻率實驗值進行擬合,并討論了CNT長徑比、直徑、摻量對復(fù)合材料感知性的影響;最后,基于Simmons隧道效應(yīng)普適方程對復(fù)合材料的導(dǎo)電和感知機理進行了分析。
　　(4)采用預(yù)制和現(xiàn)澆兩種工藝將自感知CNT水泥基復(fù)合材料嵌入至真實道路測試場的混凝土路面中,研究了不同車載類型、不同車速下以及不同測試條件下自感知CNT混凝土路面的對車輛通過探測