自感知碳納米管水泥基復(fù)合材料及其在交通探測(cè)中的應(yīng)用.pdf

1、碳納米管(CNT)具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)和熱學(xué)等物理性能以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性,同時(shí)具有獨(dú)特的中空管狀結(jié)構(gòu)、納米級(jí)的管徑以及高的長(zhǎng)徑比,是一種制備自感知水泥基復(fù)合材料的優(yōu)異納米級(jí)填料。自感知CNT水泥基復(fù)合材料因其具有布設(shè)方便、與路面/橋面結(jié)構(gòu)相容性好、耐久性好以及易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),在交通探測(cè)方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。本文主要圍繞基于高效減水劑的CNT水泥基復(fù)合材料制備、CNT水泥基復(fù)合材料的感知性能測(cè)試、基于數(shù)值計(jì)算的CNT水泥基復(fù)合

2、材料電學(xué)性能模擬、以及基于自感知CNT水泥基復(fù)合材料的交通流量探測(cè)四個(gè)方面內(nèi)容進(jìn)行了研究,具體如下:
　　(1)針對(duì)已有CNT/碳納米纖維(CNF)分散劑與水泥基體的相容性問(wèn)題,提出應(yīng)用高效減水劑分散CNT/CNF進(jìn)而制備自感知CNT/CNF水泥基復(fù)合材料的方法。根據(jù)摻加不同摻量、不同種類(lèi)CNT/CNF的水泥基復(fù)合材料的感知性能測(cè)試結(jié)果可知,應(yīng)用高效減水劑制備自感知CNT/CNF水泥基復(fù)合材料是可行的,高效減水劑對(duì)CNT/CNF在

3、水泥基體中的良好分散是由于其具有雙重分散作用。
　　(2)針對(duì)CNT水泥基復(fù)合材料感知信號(hào)的獲取問(wèn)題,研究了復(fù)合材料的電導(dǎo)(包括電阻和電容)特性,同時(shí)測(cè)試了電阻和電容對(duì)壓力的響應(yīng)以及交流測(cè)試電壓對(duì)感知性能的影響?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,提出了直流測(cè)試方法下感知信號(hào)的提取方法,以及應(yīng)用交流電路測(cè)試感知信號(hào)的交流測(cè)試方法。
　　(3)通過(guò)蒙特卡洛隨機(jī)方法和ANSYS12.0構(gòu)建了CNT水泥基復(fù)合材料的有限元模型,并基于有限元法研究了C

4、NT長(zhǎng)徑比、直徑和摻量對(duì)復(fù)合材料有效電阻率的影響;在此基礎(chǔ)上通過(guò)GEM方程對(duì)有效電阻率數(shù)值解和電阻率實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行擬合,并討論了CNT長(zhǎng)徑比、直徑、摻量對(duì)復(fù)合材料感知性的影響;最后,基于Simmons隧道效應(yīng)普適方程對(duì)復(fù)合材料的導(dǎo)電和感知機(jī)理進(jìn)行了分析。
　　(4)采用預(yù)制和現(xiàn)澆兩種工藝將自感知CNT水泥基復(fù)合材料嵌入至真實(shí)道路測(cè)試場(chǎng)的混凝土路面中,研究了不同車(chē)載類(lèi)型、不同車(chē)速下以及不同測(cè)試條件下自感知CNT混凝土路面的對(duì)車(chē)輛通過(guò)探測(cè)