自感知碳納米管水泥基復合材料及其在交通探測中的應用.pdf

1、碳納米管(CNT)具有優(yōu)異的力學性能、電學和熱學等物理性能以及良好的化學穩(wěn)定性,同時具有獨特的中空管狀結(jié)構、納米級的管徑以及高的長徑比,是一種制備自感知水泥基復合材料的優(yōu)異納米級填料。自感知CNT水泥基復合材料因其具有布設方便、與路面/橋面結(jié)構相容性好、耐久性好以及易于維護等優(yōu)點,在交通探測方面展現(xiàn)出了良好的應用前景。本文主要圍繞基于高效減水劑的CNT水泥基復合材料制備、CNT水泥基復合材料的感知性能測試、基于數(shù)值計算的CNT水泥基復合

2、材料電學性能模擬、以及基于自感知CNT水泥基復合材料的交通流量探測四個方面內(nèi)容進行了研究,具體如下:
　　(1)針對已有CNT/碳納米纖維(CNF)分散劑與水泥基體的相容性問題,提出應用高效減水劑分散CNT/CNF進而制備自感知CNT/CNF水泥基復合材料的方法。根據(jù)摻加不同摻量、不同種類CNT/CNF的水泥基復合材料的感知性能測試結(jié)果可知,應用高效減水劑制備自感知CNT/CNF水泥基復合材料是可行的,高效減水劑對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CNT水泥基復合材料感知信號的獲取問題,研究了復合材料的電導(包括電阻和電容)特性,同時測試了電阻和電容對壓力的響應以及交流測試電壓對感知性能的影響?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,提出了直流測試方法下感知信號的提取方法,以及應用交流電路測試感知信號的交流測試方法。
　　(3)通過蒙特卡洛隨機方法和ANSYS12.0構建了CNT水泥基復合材料的有限元模型,并基于有限元法研究了C

4、NT長徑比、直徑和摻量對復合材料有效電阻率的影響;在此基礎上通過GEM方程對有效電阻率數(shù)值解和電阻率實驗值進行擬合,并討論了CNT長徑比、直徑、摻量對復合材料感知性的影響;最后,基于Simmons隧道效應普適方程對復合材料的導電和感知機理進行了分析。
　　(4)采用預制和現(xiàn)澆兩種工藝將自感知CNT水泥基復合材料嵌入至真實道路測試場的混凝土路面中,研究了不同車載類型、不同車速下以及不同測試條件下自感知CNT混凝土路面的對車輛通過探測