碳纤维水泥砂浆渗流现象及分析

图4-1　碳纤维掺量与碳纤维水泥砂浆试块电阻率的关系(www.xing528.com)

从图4-1可以看出，随着碳纤维掺量的增加，碳纤维水泥砂浆试块的电阻率大幅度下降。碳纤维掺量分别为0.6%和1.0%（碳纤维掺量较少）时，碳纤维会孤立地分散在水泥基体中，相邻碳纤维间距较大，电子不能穿越其间势垒，导电作用不大，碳纤维水泥砂浆试块的电阻率对应为126.51Ω·m和110.3Ω·m；当碳纤维掺量为2.0%时，水泥基体中局部碳纤维间距较近，电子穿越相邻碳纤维之间势垒传导电荷，使试块的电阻率略有降低（电阻率为65.5Ω·m），图中曲线并无明显转变；当碳纤维掺量为3.0%～4.0%时，基体中大量碳纤维间距很近，在电场力作用下电子可以穿越两根相邻碳纤维之间的势垒进行电荷传导，形成隧道效应导电，曲线发生明显转变，此时试块电阻率分别为17.5Ω·m和0.41Ω·m，电阻率较碳纤维掺量为0.6%时分别下降了86.2%和99.7%，下降幅度很大；随碳纤维掺量的增加，碳纤维之间形成连通的导电网络，电阻率继续降低；继续增加碳纤维掺量为5%时，仅使导电通路更加增多，导电链的数目更多，此时电阻率为0.62Ω·m，电阻率变化非常小，基本维持在一定范围内。上述试验结果表明：碳纤维水泥砂浆试块的渗流区域是碳纤维掺量为相对水泥质量分数的3.0%～4.0%。

由此可见，试件的体积导电率随碳纤维掺量的增加而增大，其导电率与碳纤维体积掺量有着明显的渗流现象的特征。上述研究结果表明，本体系的渗流阈值为碳纤维的加入量为加入水泥质量分数的3.0%～4.0%左右。出现这一现象与本研究的研究方法有关。因为碳纤维的分散工艺目前并没有完全解决好，而碳纤维的生产工艺随着成熟度的提高价格逐步降低。将短切碳纤维掺入量适量增加，并简单分散后的碳纤维水泥砂浆材料的相关物理性能如果较稳定，则将可大大地简化工艺，宜于实际应用。所以导致其渗滤阈值高于精细分散工艺的水泥净浆的值。