導(dǎo)電混凝土受荷全過程電導(dǎo)率、應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系研究.pdf

1、導(dǎo)電混凝土是近年來興起研究的功能材料之一，是在對傳統(tǒng)的混凝土進行改性、研究和開發(fā)之后得到的。它除具有良好的力學(xué)性能外，還具有壓敏性、溫敏性及其它性能，不但順應(yīng)了當前材料科學(xué)的發(fā)展趨勢，即促進材料向多功能化和信息技術(shù)方向發(fā)展，為智能結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供材料基礎(chǔ)，而且對混凝土結(jié)構(gòu)在服役期或在臺風(fēng)及地震等自然災(zāi)害作用下的結(jié)構(gòu)完整性的自診斷，損傷和缺陷的預(yù)報乃至自我修復(fù)等具有重要意義。另外，它還應(yīng)用于機場、高架橋和高速公路等進行融雪除冰，以及建筑采暖

2、和電磁屏蔽等領(lǐng)域。但是，作為智能混凝土基礎(chǔ)的力學(xué)參量與電學(xué)參量之間的關(guān)系缺乏基礎(chǔ)研究，對于以廉價石墨為導(dǎo)電摻料的混凝土也少有實際測定。 與彈性模量相同，電導(dǎo)率是材料的本征量。為了研究石墨及碳纖維混凝土的導(dǎo)電性，并揭示其導(dǎo)電性能與力學(xué)性能之間的關(guān)系，本論文做了以下主要工作： 進行了導(dǎo)電混凝土試件制作方法的探索；試件電導(dǎo)測量電路的設(shè)計；混凝土試件在單次及反復(fù)軸壓荷載作用全下，電學(xué)量及力學(xué)量的全過程自動測量；為試驗控制(如采樣

3、過程)及數(shù)據(jù)整理(如繪制試驗曲線)編寫程序；荷載作用全過程混凝土試件的數(shù)值試驗；探索了將電—力比擬方法推廣到損傷、破裂全過程的可能性；對混凝土的損傷分析。 得到的主要成果如下：利用邊長為100mm的立方體外貼電極的混凝土試件，采用兩極板直流回路測量試件電阻，可以作為試驗的試件。 實測了單次及反復(fù)荷載下電導(dǎo)率—應(yīng)變?nèi)^程曲線具有明顯的規(guī)律性。結(jié)果表明：電導(dǎo)率—應(yīng)變關(guān)系與變形模量—應(yīng)變關(guān)系峰值點基本重合，說明這兩關(guān)系基本同步

4、，且電導(dǎo)率作為本征量可以很好地反映材料的損傷，它作為導(dǎo)電混凝土的一個損傷變量是很有前景的。電導(dǎo)率—應(yīng)變、應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系峰值點不重合，說明這兩關(guān)系的變化過程不完全同步。 考察了RFPA(巖石破裂過程分析)軟件的適用范圍，將它運用于石墨混凝土的破壞過程數(shù)值試驗；進行了不均勻參數(shù)和單元本構(gòu)參數(shù)的選取，得出數(shù)值試驗結(jié)果：(1)應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系(2)彈性模量分布、聲發(fā)射分布及最大主應(yīng)力分布。數(shù)值試驗結(jié)果與物理試驗結(jié)果較為接近，證明所設(shè)數(shù)值模

5、型及計算能夠較好地反映導(dǎo)電混凝土在荷載作用全過程中的強度及破壞特征。 在導(dǎo)電混凝土受壓全過程中，在含水率不變的條件下，引起電導(dǎo)率變化的主要原因有以下兩個：(1)導(dǎo)電顆?；蚶w維的接觸程度：當接觸緊密時，電導(dǎo)率上升，反之，下降；(2)混凝土的損傷程度：損傷小，電導(dǎo)率大，反之，小。試件的電導(dǎo)率是上升還是下降取決于這兩個因素誰起主導(dǎo)作用。試件加載至破壞的全過程可以用電導(dǎo)率的全過程變化體現(xiàn)出來。 導(dǎo)電混凝土單軸受壓全過程試驗表明了

6、比擬法的正確性：試驗中導(dǎo)電混凝土試件集承載與導(dǎo)電于一身，由于力場與電場的邊界條件相似(即便出現(xiàn)損傷甚至破裂也是相似的)，力場和電場是可以全過程相互比擬的。根據(jù)實測的電導(dǎo)率—應(yīng)變、割線模量—應(yīng)變關(guān)系，分析得出了二關(guān)系的比擬關(guān)系。 對于復(fù)雜的承載構(gòu)件，利用RFPA程序容易得到力場，再用實測得到的力—電比擬關(guān)系修正，能夠得到電場的變化全過程。 在導(dǎo)電混凝土力學(xué)和電學(xué)性能、損傷、尤其是力場—電場比擬關(guān)系諸方面的基礎(chǔ)性研究具有創(chuàng)新