ECC拉伸应变和裂缝模式对体积电阻率的影响

摘要

水泥基材料的压敏特性早已被研究，但由于水泥基材料的脆性导致大多研究局限于在压力荷载的作用下。工程水泥基复合材料(ECC)呈现优越的延性并同时产生众多宽度可控的微裂缝。这些力学特点为研究ECC材料在受拉和受弯状态下体积电阻率的变化提供了可能性。探究ECC自身电阻率与拉应力与拉应变的关系，以及与裂缝模式的关系，进而应用于建筑物的健康监控。相比于传统的预埋置的传感器装置，利用材料自身的电学特性侦测裂缝和拉应变具有无可比拟的优越性，因为这种新型的传感器技术并不会给建筑物本身带来不利影响，且可以监控整个建筑物，此外具有更大的应变监测范围。因此利用ECC材料发展新型的传感器就有十分重要的意义。
　　首先，本文利用工业废料矿渣微粉(GGBS)制备ECC材料，并用适量的引气剂和橡胶粉末改善GGBS-ECC的延性。再在此基础上加入一定比例的炭黑(CB)来提高ECC材料的导电性。发现炭黑的加入会严重影响ECC的极限拉应变，通过改变水胶比、引气剂和橡胶粉末的掺量，最终得到具有较低电阻率同时相对较好延性的CB-ECC配比设计。
　　其次，采用二电极法对不同掺量的CB-ECC进行电阻测量，发现所有试件在试验初期均出现极化现象，但物质极化随测试时间增加而逐渐趋于稳定。同时得出，增加炭黑的比例有助于降低CB-ECC的电阻率。
　　最后，研究CB-ECC材料在单轴拉伸和四点弯曲试验下，电阻率随应变、时间的关系，以及比较在极化稳定阶段、弹性阶段、非弹性阶段和应力软化阶段的电阻率的变化。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 水泥基材料导电性质的研究现状

1．1．2 工程水泥基复合材料(ECC)研究现状

1．1．3 ECC材料自感知性质研究现状

1．2 研究内容及意义

第二章 导电ECC材料设计及力学性能研究

2．1 原材料

2．2 试验方法

2．2．1 ECC成型

2．2．2 单轴拉伸试验

2．2．3 薄板四点弯曲试验

2．2．4 光学显微镜测试裂缝宽度

2．3 ECC材料设计及力学性能

2．3．1 ECC材料配比设计

2．3．2 引气剂对ECC拉伸性能的影响

2．3．3 橡胶粉末对ECC拉伸性能的影响

2．2．4 ECC薄板四点弯曲性能

2．3 CB-ECC材料设计及力学性能

2．3．1 CB-ECC材料设计

2．3．2 CB-ECC的拉伸性能

2．3．3 CB-ECC的薄板四点弯曲性能

2．4 本章小结

第三章 CB-ECC导电性能的研究

3．1 CB-ECC电阻测试方法的研究

3．1．1 试验设备

3．1．2 试验方法

3．2 CB-ECC体积电阻率的研究

3．2．1 测试时间对CB-ECC体积电阻率的影响

3．2．2 炭黑掺量对ECC体积电阻率的影响

3．3 本章小结

第四章 CB-ECC自感知性能研究

4．1 CB-ECC在单轴拉伸下电阻率变化规律

4．1．1 试验方法

4．1．2 CB-ECC电阻率变化和拉伸应变关系

4．1．3 不同炭黑掺量CB-ECC电阻率变化和拉伸应变关系

4．2 CB-ECC在薄板四点弯曲下自感知能力

4．2．1 试验方法

4．2．2 CB-ECC电阻率变化与挠度的关系

4．2．3 比较CB-ECC在单轴拉伸和四点弯曲试验下电阻率变化

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 未来研究方向

致谢

参考文献