碳纤维-石墨水泥砂浆的电学及力学性能研究

在传统水泥基材料中掺加碳纤维、钢纤维、石墨等导电组分，可使原本不导电的水泥基材料具有导电性和多功能性（包括焦耳效应、热电效应、压敏性和力敏性等），可望在未来智能建筑、健康监测和防灾减灾等多领域广泛应用。目前，虽然国内外对导电水泥基材料首选的添加组分是碳纤维，但是碳纤维在水泥基中的分散效果不甚理想，导致了其电学性能不稳定，而且，分散剂有机乳胶的掺入明显引起电阻率的增加，直接影响了此类材料的应用。也有研究者采用碳纤维与炭黑复掺工艺制备压敏传感器。

粉状石墨不存在分散性问题，但是为了获得稳定的导电性，必须加入一定数量的石墨。而大量石墨的添加，则会导致材料力学性能的大幅下降，因此，石墨导电水泥基复合材料主要应用于工业防静电、电工和电热材料。尤其是在对强度要求不高的场合。

水泥基渗透结晶防水材料（CCCW）的混凝土掺入剂KIM，其中特殊的活性化学物质会在一定的养护条件下，以水为载体，通过渗透作用，使其活性化学物质在混凝土的微孔及毛细孔中传输，填充并催化混凝土中末完全水化的水泥颗粒继续发生水化作用，形成不溶性的晶体，对微裂缝进行自动填充，实现自修复。这将会降低孔隙率，提高水泥基复合材料的力学性能。

本章通过对内掺CCCW材料的碳纤维-石墨水泥砂浆试块的电阻测试，分析了试块的渗流现象及试块在小应力循环荷载下的压阻特性，测试了不同石墨掺量下该砂浆试块的抗压强度，并讨论了石墨掺量对抗压强度的影响，最后采用电子显微镜分析了碳纤维-石墨水泥砂浆试块的微观结构。(www.xing528.com)

普通水泥基材料为一种高电阻率的惰性材料，掺加导电组分后，将可使其成为具有导电性和多功能性的机敏混凝土。在本文的第三章和第四章，作者已分别对内掺CCCW的碳纤维机敏混凝土和石墨机敏混凝土的导电性及压阻特性进行了研究。有研究表明，采用碳纤维与炭黑复掺工艺可制备性能良好的压敏传感器，而对内掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料的电学性能的相关研究尚未见报道。由于掺入石墨混凝土的电学性能的稳定性可以适当降低碳纤维的分散性要求，因此，通过向水泥基材料中复掺碳纤维、石墨和CCCW材料，对获得制备工艺简单、电学性能稳定及力学性能满足要求的实用型机敏混凝土是有积极意义的。

基于上述考虑，本章通过向碳纤维石墨导电水泥基材料中掺入CCW材料，采用碳纤维和粉状石墨复掺工艺制备了碳纤维石墨水泥基复合材料，并采用两种不同的电极制作方式对其电学性能等进行了研究。首先采用40mm×40mm×40mm试样，用银粉导电胶在试样表面涂刷作为电极，研究了不同石墨掺量下的碳纤维石墨水泥砂浆的导电特性和压阻特性；然后采用70.7mm×70.7mm×70.7mm试样，不锈钢丝网作为试样电极研究了不同石墨掺量下的碳纤维石墨水泥砂浆试样在水化期间和固化后的导电特性，以及在循环荷载作用下的压阻性能，并对这两种电极的试验方法及结果进行了分析比较。