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纳米碳黑复合材料的机敏性研究及其应用

作　者: 孔永昌
导　师: 赵晓华
学　校: 汕头大学
专　业: 结构工程
关键词: 纳米碳黑 硅烷偶联剂KH-570 力学性能 压敏性
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 44次
引　用: 2次
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内容摘要


本文对纳米碳黑复合树脂涂层、素混凝土、纳米碳黑混凝土、硅烷纳米碳黑混凝土的电性能进行了研究,并对机敏结构做了初步的探讨。经试验研究得出:在环氧树脂中加入适量的纳米碳黑,搅拌充分后得到的纳米环氧树脂复合材料电阻率大大降低,其中碳黑相对环氧树脂树脂质量的掺量小于10%时,复合树脂的电阻值很大,高达106,但添加硅烷偶联剂KH-570后,电阻值减幅很大,变为104~103Ω,而将复合数脂粘在钢筋表面固化后,能感知钢筋应力应变的变化,并且在结构中表现出明显的压阻效应。因此,复合树脂可以作为钢筋的应力、应变传感元件。在混凝土中加入适量的纳米碳黑和硅烷-碳黑,对其力学性能和电学性能进行了对比研究,发现适量加入纳米碳黑、和硅烷-碳黑后,能提高混凝土的抗折抗压强度,尤其是抗压强度提幅更大。纳米碳黑是由于其纳米级尺寸效应、和高的表面活性,降低混凝土内部结构的空隙率,改善混凝土粗骨料之间的薄弱环节来提高混凝土的强度,添加硅烷后的碳黑混凝土不仅利用碳黑的高表面活性,同时利用硅烷的偶联作用,湿润作用,使碳黑在混凝土中分布均匀,和混凝土间形成强大的作用力,实验采用两种不同添加方法:第一种方法,直接混合法,在混凝土中直接加入碳黑和硅烷偶联剂KH-570一起混合。第二种方法,预处理法,将KH-570、酒精混合溶液浸泡纳米碳黑24小时,再与混凝土一起搅拌混合。其中,以第一种添加碳黑的方法使混凝土抗压性能提升最大,最高达20%。同时,测试并对比素混凝土、纳米混凝土和硅烷-碳黑混凝土的短期压敏特性,发现混凝土在龄期为28天时,均表现出较高的灵敏度。并以纳米碳黑掺量为1.0wt%的碳黑混凝土灵敏度最高。各种混凝土的压敏性受龄期、炭黑含量和混凝土传电形式影响。本文最后对钢筋混凝土机敏结构作了初步的探讨,利用复合纳米树脂作为钢筋的应力应变传感元件,利用纳米混凝土材料感知混凝土的压应力,来研究结构的机敏特性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章 绪论  7-13
  1.1 引言  7-8
  1.2 碳纤维复合材料研究现状  8-10
    1.2.1 CFRC力学性能的研究及应用现状  8-9
    1.2.2 CFRC电学性能的研究及应用现状  9
    1.2.3 CFRC力电机敏性的研究现状  9-10
    1.2.4 当前CFRC复合材料研究的不足之处  10
  1.3 纳米炭黑复合材料研究现状  10-12
    1.3.1 碳黑复合材料研究现状  10-11
    1.3.2 纳米炭黑复合材料研究不足之处  11-12
  1.4 本文的研究思路及内容  12-13
第二章 纳米碳黑-环氧树脂复合材料压敏性研究  13-29
  2.1 引言  13-14
  2.2 制备工艺  14-16
  2.3 实验方法与过程  16-17
  2.4 纳米碳黑复合树脂的电性能实验结果与讨论  17-26
    2.4.1 纳米碳黑复合树的电阻变化规律研究  17-23
    2.4.2 6 个月龄期复合材料压敏性研究  23-26
  2.5 硅烷-纳米炭黑复合材料压敏性机理研究  26-27
  2.6 本章小结  27-29
第三章 纳米碳黑混凝土力学性能的研究  29-39
  3.1 引言  29-30
  3.2 试验材料特性  30-31
  3.3 试验试件的制备过程  31
  3.4 试验的测试方法和过程  31-32
  3.5 试验结果与分析  32-36
  3.6 纳米碳黑和硅烷-纳米碳黑对混凝土力学性能影响的机理分析  36-38
  3.7 本章小结  38-39
第四章 混凝土压敏性能研究  39-74
  4.1 引言  39-40
  4.2 试验构件制作及测试系统  40-42
  4.3 龄期28 天混凝土压敏测试结果与分析（第一次实验）  42-45
    4.3.1 不同纳米炭黑配比混凝土电阻值测试  42
    4.3.2 不同纳米炭黑配比混凝土短期压电性能测试  42-45
  4.4 混凝土短期内（56 天内）灵敏度测试实验  45-57
    4.4.1 素混凝土短期压电性能测试（C组）  45-47
    4.4.2 纳米炭黑混凝土短期压敏实验(Ai组)  47-51
    4.4.3 硅烷-纳米炭黑混凝土短期压敏实验(Bi组)  51-56
    4.4.4 本节小结  56-57
  4.5 混凝土大应力作用下灵敏度测试实验  57-61
  4.6 再养护后混凝土的压敏性研究  61-66
  4.7 混凝土材料电性能变化的机理分析  66-72
    4.7.1 素混凝土导电机理分析  66-70
    4.7.2 纳米碳黑混凝土导电机理分析  70-71
    4.7.3 硅烷-纳米炭黑混凝土导电机理分析  71-72
  4.8 本章小结  72-74
第五章 机敏梁结构初步研究  74-80
  5.1 引言  74
  5.2 实验材料及构件的制作  74-75
  5.3 实验过程与结论分析  75-79
  5.4 本章小结  79-80
第六章 结论与展望  80-84
  6.1 试验研究结论  80-82
    6.1.1 纳米炭黑复合树脂压阻性能研究  80
    6.1.2 混凝土试块力学性能研究  80-82
  6.2 本实验不足之处  82
  6.3 展望与建议  82-84
参考文献  84-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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