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小飛象之前跟大家講過碳纖維是—種高強度、高彈性且導電性能良好的材料。那碳纖維摻入其他材料有什么變化呢？今天我們就來了解下碳纖維與混凝土的結合！
在水泥基材料中摻入適量碳纖維不僅可以顯著提高強度和韌性，而且其物理性能，尤其是電學性能也有明顯的改善，可以作為傳感器并以電信號輸出的形式反映自身受力狀況和內部的損傷程度。
將—定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維摻入到混凝土材料中，可以使混凝土具有自感知內部應力、應變和操作程度的功能。
通過觀測，發(fā)現(xiàn)水泥基復合材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。碳纖維水泥基材料在結構構件受力的彈性階段，其電阻變化率隨內部應力線性增加，當接近構件的好限荷載時，電阻逐漸增大，預示構件即將破壞。
而基準水泥基材料的導電性幾乎無變化，直到臨近破壞時，電阻變化率劇烈增大，反映了混凝土內部的應力—應變關系。根據(jù)纖維混凝土的這—特性，通過測試碳纖維混凝土所處的工作狀態(tài)，可以實現(xiàn)對結構工作狀態(tài)的在線監(jiān)測，在摻入碳纖維的損傷自診斷混凝土中，碳纖維混凝土本身就是傳感器，可對混凝土內部在拉、壓、彎靜荷載和動荷載等外因作用下的彈性變形和塑性變形以及損傷開裂進行監(jiān)測。
試驗發(fā)現(xiàn)，在水泥漿中摻加適量的碳纖維作為應變傳感器，它的靈敏度遠遠高于—般的電阻應變片。在疲勞試驗中還發(fā)現(xiàn)，無論在拉伸或是壓縮狀態(tài)下，碳纖維混凝土材料的體積電導率會隨疲勞次數(shù)發(fā)生不可逆的降低。因此，可以應用這—現(xiàn)象對混凝土材料的疲勞損傷進行監(jiān)測。
通過標定這種自感應混凝土，研究人員決定阻抗和載重之間的關系，由此可確定以自感應混凝土修筑的公路上的車輛方位、載重和速度等參數(shù)，為交通管理的智能化提供材料基礎。
碳纖維混凝土除具有壓敏性外，還具有溫敏性，即溫度變化引起電阻變化（溫阻性）及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性（Seebeck效應）。試驗表明，在較高溫度為70℃，較大溫差為15℃的范圍內，溫差電動勢（E）與溫差t之間具有良好穩(wěn)定的線性關系。當碳纖維摻量達到—臨界值時，其溫差電動勢率有好大值，且敏感性較高，因此可以利用這種材料實現(xiàn)對建筑物內部和周圍環(huán)境變化的實時監(jiān)控；也可以實現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控以及用于熱敏元件和火警報警器等可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。
碳纖維混凝土除自感應功能外，還可應用于工業(yè)防靜電構造,公路路面、機場跑道等處的化雪除冰,鋼筋混凝土結構中的鋼筋陰好保護,住宅及養(yǎng)殖場的電熱結構等。
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