碳纤维-石墨水泥砂浆试块的微观形貌分析

对碳纤维掺量1.0%，石墨掺量依次为水泥质量分数的10%和50%的碳纤维-石墨水泥砂浆试块进行了SEM电镜分析，以观察石墨颗粒、碳纤维的微观形貌及其在水泥砂浆中的具体分布情况，结果分别如图5-9 a、b所示。

图5-9　碳纤维1%，不同石墨掺量试块的微观形貌(www.xing528.com)

从图5-9 a和b中均可以看出：碳纤维呈圆柱状分散于水泥基体中，分散比较均匀；而石墨颗粒以鳞片状形式分布于水泥基体中。碳纤维、石墨与水泥基体之间均具有较好的粘结，因此该砂浆试块的导电性能有所增强。图5-9中，不仅可以看出碳纤维、石墨在水泥基体中的分布情况，还显示了水化硅酸钙凝胶体、Ca（OH）2结晶体、水化硫铝酸钙和钙矾石结晶体等水化产物。

图5-9a中，石墨掺量为10%时，片状石墨颗粒的数目明显少于图5-9b，石墨可以均匀地分散在水泥基体中，少量石墨颗粒在试块压碎后发生卷曲，石墨与水泥基体结合较好，浸润完全，界面过渡平滑无分层或裂缝；碳纤维在水泥基体中分散均匀并且各个方向都有，因此对试块各方向性能的影响是一致的。基体中碳纤维和石墨分散较为均匀且与基体结合性能较好，因此在一定程度上提高了试块的导电性。

图5-9b中，石墨掺量为50%时，大量的片状石墨不规则、卷曲地分布于水泥基体中；碳纤维经过浓硝酸处理后表面较为粗糙，试块被压破后，表面尚留有部分基体材料，主要通过与基体的锚固作用达到良好的界面黏结性能，有利于试块的强度。但由于石墨掺量较多，部分石墨发生团聚，石墨在水泥基体中不发生化学反应，力学实验时类似基体中的孔洞，因此导致试块整体强度下降。但是，由于碳纤维在基体中的乱向搭接以及与石墨之间较好的连接性，试块的导电性能明显增强。但是，必须注意的是，石墨的加入会影响水泥基材料的力学性能，因此，石墨的含量也不宜太高。加入材料可以部分弥补中石墨的掺入引起的力学性能的下降。采用碳纤维和石墨复掺的方法，可以在充分利用碳纤维远程导电的基础上，结合石墨粒子的短程导电以增加影响压敏性的活性接触点，从而保证了材料具有较低的电阻率和压敏稳定性。因此，内掺CCCW的碳纤维石墨水泥基复合材料可作为土木工程结构的应力传感器。