文献标志码2009年07月第25卷第4期沈阳建筑大学学报(自然科学版)Jouma1ofShenyangJianzhuUniversity(NaturalScience)JuL2009Vol.25.No.4收稿日期:2008-12-10基金项目:建设部研究开发项目(06-K6-6)(2008・K2-20):辽宁省教育厅科技攻关计划(05L350)作者简介:吴献(1961—).女擞授•博士，主要从事结构工程及智能混凝土研究.文章编号：1671-2021(2009)04-0694-05碳纤维水泥砂浆梁力电效应的研究吴献I,王宇2,李龙清I,王丽娜I,杜志强I(11沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳110168:21东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳II0004)摘要:目的研究碳纤维水泥砂浆梁加载和卸载过程的力学及电学性能•为其应用于混凝土结构(如建筑、桥梁、大坝等)的无损自诊断检测预警、车重及车速的测量等领域提供参考依据.方法设计了5组碳纤维水泥砂浆简支梁，每组3根梁,各组碳纤维质量分数分别为016%.017%.018%、019%.110%,对梁施加了两个集中荷载，观测在加载及卸载过程中所产生电流、电压的情况.结果梁受力产生的电压值与所受荷载值具有一一对应的关系.荷载反向时，电压方向同时发生改变，当首次或突然施加荷载时，电压变化非常明显•随着碳纤维掺入量的增加,力电效应随之减弱.结论碳纤维水泥砂浆梁的力电效应是确实存在且可以测得的，当匀速加载、突然加载、匀速卸载、突然卸载时,均有电流产生，且加载时产生的电流与卸载时产生的电流方向相反.关键词:碳纤维水泥砂浆梁;力电效应;荷载;电流;电压中图分类号:TU37719+4;TU52815720引言碳纤维混凝土是在普通混凝土中均匀加入少量碳纤维制成的，相对于普通混凝土具有良好的导电性，是一种智能复合材料，在结构检测等领域具有广阔的应用前景.力电效应是碳纤维混凝土的固有性质之一、对其进行研究.是研究机敏性等其他特性的必要前期工作.力电效应与压阻效应同属碳纤维混凝土智能性范畴.但其最大的不同在于,压阻效应需被动地以电源的加入进行信号的检测;而力电效应是受力构件本身向外界能量的释放•具有主动性.1973年，F.H.Willmann首次报道了20mmX5mmX170mm水泥净浆小梁弯曲时，通过附着在梁上下表面的电极、检测到电压.同时对其逆效应一电力效应也进行了研究，给梁上下表面的电极施加3（）〜6（）V的直流电压，发现梁产生弯曲变形•改变电压的方向•弯曲的方向也发生相应的变化⑴.2002年武汉理工大学的孙明清等对碳纤维混凝土的力电及电力效应进行了更为深入的研究，并考虑了Seeback效应与力电效应的耦合等问题〔2】.近年来南京理工大学的徐志洪、董雪花等也对碳纤维混凝土的力电效应进行了研究•现有成果绝大部分在研究压阻效应C3-10],而在力电效应方面，还无人明确地以检验电流的方式来验证力电效应的存在性，而且在试验的设计上没有考虑接触电阻的影响，加载方式也非常有限.基于此，笔者结合力学与电学理论，研究了碳纤维水泥砂浆梁在外力作用下产生电压及电流的情况,为这种功能材料应用于混凝土结构（如建筑、桥梁、大坝等）的无损自诊断、检测预警及交通监测等领域提供参考依据.1试验概况111原材料及碳纤维水泥砂浆的制备试验所采用的原材料为辽宁工源水泥公司生产的工源牌325号矿渣硅酸盐水泥；辽宁安科活性碳纤维应用技术开发公司生产的聚丙烯腊基短第25卷吴献等:碳纤维水泥砂浆梁力电效应的研究695切（3mm长）碳纤维;减水剂;硅灰；分散剂（疑乙基纤维素）；消泡剂（磷酸三丁酯）；骨料为本地产中细砂.碳纤维水泥砂浆配合比如表1所示.表1碳纤维水泥砂浆配合比材料水泥碳纤维硅粉砂减水剂水分散剂消泡剂质呈分数/%100016-1101515011550016012注:共设计了5组梁试件，每组3根梁,各组试件碳纤维质量分数以011%递增.试验梁制备流程如下:首先将分散剂溶于水中,搅拌均匀，然后加入碳纤维和消泡剂，将碳纤维混合液震荡后静置24h,加入剩余的水，与硅灰、砂、水泥、减水剂等拌和，制成碳纤维水泥砂浆,入模、振捣、插入电极，48h后拆模，放入养护室进行标准养护28d.为了达到最好的分散效果，在做了多组对比试验后，采用轻乙基纤维素作为分散剂，水温控制在40〜50°C.考虑到分散剂对水泥的保水及缓凝作用，应按水泥质量的016%〜018%称取，而在水溶液中的质量分数应控...