纤维导电混凝土特性

1、一、纤维导电混凝土的导电性能： “在1999年，美国的Sherif Yehia和Christopher Y.Tuan提出利用钢纤维混凝土的导电性开展关于桥梁路面除冰的实验研究。表1-1为他们公布的现场实验数据。从现场实验数据来看，利用导电混凝土的电热效应来进行融雪化冰是一种有效地手段。而从他们公布的有关材料性能数据来看（表1-2），强度和电阻系数都不是很理想，同时对于钢纤维导电混凝土的电阻系数，经过一年以后增大了近60倍，而且现场采用的电压为110V，这也是很危险的。” “考虑到实际应用，电阻率应该在1100·cm。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富“在纤维掺量小于

2、06%时，碳纤维混凝土电阻对温度变化很敏感，且随纤维含量的增加，碳纤维混凝土电阻温敏性稳定提高；含05%和06纤维的碳纤维混凝土同时具有较高的敏感性和稳定性；当纤维禽量超过08%时，碳纤维混凝土没有明显的温敏性。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富 “DDLChung等在1999年研究发现：碳纤维混凝土的电阻率随温度升高而减小、随温度降低而增大。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富“碳纤维属于过渡形式碳，其微观结构类似于石墨。由苯环稠合组成平面网，构成一个无限大的电子轨道体系，电子可以在整个网的大体系中离域从而导电。碳纤维分散在水泥基体中，受未水化水泥颗粒、水化

3、产物和缺陷裂纹等阻隔，形成势垒只有能量大于势垒的电子才能在纤维间跃迁进行传导。当碳纤维水泥试块的温度升时，由于升温使电子受热激发而获得能量，使更多电子能克服水泥基体阻隔形成的势垒，导致电阻率下降反之当温度下降时，其电阻率增大。” 混凝土路面温度自诊断特性的实验研究.唐祖全二、碳纤维导电混凝土的力学性能： “1992年，Pu-Woei Chert和D.D.L.Chung在他们所做的实验中，加入了体积含量为0.2的碳纤维，结果发现7天、14天、28天抗压强度分别增加了40、22、17。但是随着碳纤维掺量的增加，CFRC的抗压强度会下降，同时弹性模量也会随着碳纤维掺量增加而减少。这是因为在搅拌过程中

4、引进了大量的空气，使CFRC内的空气含量增加。要解决此问题就要从碳纤维混凝土的制作方式上作进一步的研究。” “当掺入量较大时(2)，抗弯强度和断裂韧性均呈下降趋势，碳纤维若不能均匀分散将限制其性能的发挥。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富 “在水泥、混凝土材料中掺加碳纤维可起到阻裂增韧作用，它能克服钢纤维锈蚀、石棉纤维致癌、玻璃纤维在高碱环境下强度受损等缺点。得到的混凝±具有高韧性及优良抗冲击性。当体积掺量为23时，抗折强度可提高4倍，韧性提高20倍，经冻融实验和加速耐候试验，动态弹性模量和抗折强度都没有变化。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富3、

5、 碳纤维导电混凝土的热学以及热力学性能： “美国的D.D.LChung教授等研究了各种外加剂，如硅灰、胶乳液、甲基纤维素、砂、短切碳纤维和表面处理剂，如臭氧、重铬酸钾、硅烷偶联剂等对水泥浆的热学和热力学性能(比热、导热系数、热膨胀系数、热稳定性等)的影响。并从外加剂本身的性能、外加剂对水泥复合材料密度和孔隙的影响、外加剂一水泥界面特性等方面进行了解释。 在水泥浆中加入胶乳液(水泥重量的20-30%)、甲基纤维素(水泥重量的0.4O.8%）或硅灰(15%水泥重量)将使其热传导系数降低46； 随胶乳液掺量的增加，水泥浆的热传导系数越小、比热越大；在水泥浆中加入碳纤维将引入较多的气泡，使导热系数减小

6、；加入经过硅烷处理的硅灰和碳纤维，将使水泥净浆的比热上升12，导热系数降低40；在水泥净浆中加入砂子将会降低比热、增大导热系数；在水泥浆中同时添加硅灰和硅烷，硅灰粒子通过硅烷分子的共价键耦合形成网络，将显著增大水泥浆的比热和导热系数，且实验表明只需掺入水泥重量02的硅烷即可获得满意的效果。”融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富在碳纤维和普通混凝土(含水率为0的情况下)的容重、比热和导热系数分别为1750kgm3、0.72kJkgK、20 Wm·K渊嚣2300 kgm3、0.88kJkg。K、1.28Wm·K的前提下。得到了碳纤维体积含量分别为1、2、3、4时导

7、电混凝土的容重、比热和导热系数的变化范围见下表。通过实验来测定，可以获得准确的值，导热系数的变化范围主要是作为有限元分析的输入数据参考。四、导电混凝土电热层的设置及导电混凝土的化冰效果 普通混凝土层为路面板的上层；导电混凝土在电源连通后产生热量，温度升高，同是热量向上传递给冰、雪层，使冰雪吸热升温；绝热层：一般设置于导电混凝土层与普通混凝土层之间，阻止热量向下传导，尽量减少热量损失，提高融雪化冰效果。融雪化冰用碳纤维导电混凝土的研制及应用研究.侯作富“假设温度在混凝土层和冰层都是呈线性规律变化，且忽略了辐射换热。在这种情况下得到的结论是：冰在30分钟左右开始融化，从升温到冰化完大约为一个小时。” 导热系数与化冰时间的关系：“从下面图中可以看出，当混凝土的导热系数达到10 Wm·K时，再提离混凝土导热系数对化冰时间的影响融不大。在其它条件一定的前提下，混凝土导热系数越大，化冰的时间越短，但当导热系数增大到一定的值后，化冰所需的时间就完全取决于输入功率的大小了。” 输入功率与化冰时间的关系：“针对本节中的情况(注意此时对流换热系数非常的大)，比较合理的输入功率应该在500-1000Wm2之间，具体值可视实际情况(如化冰时间要求和经济性)而定。”外界环境对化冰时间的影响，如：风力（对流换热系数