混凝 土 柱 中石 墨 水 泥 砂 浆试 块 的压 阻特性 研 究 范晓明 ，方 东 ，李卓球 ，孙明清 (1 武汉理 工大学材料科学与工程 学院 ，武汉 430070；2 武汉理 工大学理学 院，武汉 430070) 摘要 将石墨 水泥砂浆(GCC)试块(40mmX40minx40mm)预 埋混凝 土柱 (1OOmm×lOOmm~300mm)中，利 用四电极法研究了其在混凝土柱受到不同幅值循环荷载和单调加载作用下的压阻特性。研 究结果表明，GCC试块 体积电 阻的 变化 率与混凝 土柱的受 力状 态呈现 良好 的对应关 系。 关键词 石墨水泥砂浆 压阻特性 智能结构 混凝土 Study on thePiezoresistivityofGraphiteCementM ortarBlock Em bedded in ConcreteColumn FAN Xiaoming ，FANG Dong ，LIZhuoqiu。，SUN M ingqing (1 SchoolofMaterialsSc ienceandEngineering，W uhanUniversityofTechnology，W uhan430070； 2 SchoolofSc ience，WuhanUniversityofTechnology，W uhan430070) Abstract Thepiezoresistivityofgraphitecement-basedeomposites(GCC)block(40mm ×40mmX40mm)em— beddedintheconcretecolumn(1OOmm X 100mm ×300ram)whichiSsubiecttOdifferentamplitudesofcyclicloading andmonotonicloadingarestudiedbyfour-electrodemethod，andthefeasibilityusingGCC blocktOmonitorstressand strainstateofconcretecolumnisalsodiscussed．Theresultsshow thatthereisgood correspondingrelationshipbe— tweenthevolumeresistancechangerateofGCC blockandthecompressivestressofconcretecolumn． Keywords graphitecementmortar，piezoresistivity，smartstructure，concrete 水泥基导电复合材料 具备本 征 自感 知功能[1]，其压阻 特性是实现土木工程健康监测功能 的基础 。目前 ，水 泥基压 阻复合材料一般以碳纤维为主 ，其性能和应用形式已得到了 较为系统的研究[3]。由于碳纤 维价格 昂贵 ，导致碳纤维水 泥基复合材料造价较高 ，同时又由于存在骨料 ，使得在现有 制备工艺下获得的压敏性其重复性和稳定性不够理想 ，此外 钢筋等导电体也给碳纤维混凝土结构 的电阻测量带来许多 问题l_7]。欧进萍等E]提出了一种碳纤维水泥基 复合 材料新 型的应用形式 ，即应用碳纤维水泥石制作 嵌入式压敏传感 器 ，这样既降低了造价又可通过工艺的精 细化而解决制备问 题 。石墨水泥基复合材料 (GCC)的电学性能和 自感 知特性 的研究结果[93表明，内掺 CCCW 的石墨水泥砂浆试样具有 良 好的压阻性能。为了解 GCC试块在多轴变形状态下 的压电 电阻性能 ，为其工程应用提供参考依据 ，研究 了预埋 混凝 土 柱中的 GCC试块在混凝土柱受到不 同幅值的循环荷载和单 调荷载时的压阻特性 。 1 试验 1．1 GCC试块的制备及电阻测试 原材料包 括 42．5普通硅酸盐水泥 、石英砂 (颗粒度为 0．154~0．315ram)、鳞片石墨(石墨纯度大于等于 97 ，颗粒 度小于等于 0．071mm)、自来水和 CCCW 材料 的 KIM 水 泥 添加剂 。灰砂 比(质量 比)为 1：1，水灰 比(水 与水泥 +石墨 的质量 比)为 0．42。KIM 和石墨 的加入量分别为水泥质量 分数的 4 和 30 。先按比例称取各组分，将水泥、KIM、石 墨与砂进行干拌后，倒入砂浆搅拌机搅拌 ，并 逐步加入拌合 水 。待均匀后 ，放人金属模具中，并在振动台上震实 2min，置 于室内，1天后脱模 ，标准养护 28天。然后磨平试块表面 ，并 用无水乙醇将其洗净，晾干。用银粉导电胶在试块表面制成 4个电极 ，采用 四电极法测试石墨水泥砂浆试块的电阻。外 侧 2个电极由 KEITHLEY直流稳压电源作为恒流源 ，内侧 2个电极连接 2700多通道数据 自动采 集处理系统记录电压 值。中间 2个 电极 间 的体积 电 阻 R—VII，电阻率 为 ID— R ·S／L，其中 S=40mmX40mm，L=20mm。 1．2 内嵌 GCC试块混凝土柱的制备 混凝土柱为 100mmX100mm×300mm 的棱柱体 ，强度 等级取 C30，材料及用量 为 ：42．5普通硅 酸盐水泥 427kg／ m3，中砂 626kg／ma，石子 l163kg／ma，水 169．0kg／ma。混凝 土的搅拌浇注过程和设备与一般混凝土相同，24h后拆模，放 于标准养护室中养护 28天。在混凝土柱浇注成 型过程 中， 利用 自制定位架将用环氧树脂密封好的 GCC试样布设于柱

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