碳纤维混凝土的电热效应试验研究及理论分析

摘要：碳纤维混凝土的电热效应又称焦耳效应，是指碳纤维混凝土材料在通电后产生热现象的效应。普通混凝土在干燥状况下的电阻率的值变化范围很大，约为107--108Ωm，而在非常潮湿的状况下其电阻值约为101―103Ωm，因此，想直接利用普通混凝土的电热效应是非常困难的。本文通过试验研究碳纤维混凝土的电热效应，根据碳纤维混凝土通电后可以发热的性能，为其应用于北方寒冷天气机场跑道等的融雪化冰工作提供试验依据。

关键词：碳纤维混凝土、电热效应、试验研究、理论分析

中图分类号： TU528 文献标识码： A

1试验研究

1.1试验原材料及试件制备

原料：32.5级普通硅酸盐水泥、沈阳地区的河砂、硅粉、短切聚丙烯腈(PAN)基碳纤维(长度5mm)、甲基纤维素(分散剂)、磷酸三丁酯(消泡剂)、灌浆料，40mm×30mm×0.6mm不锈钢电极片，导线若干条。

试验仪器：15V交流电源，热电偶，苯板，高精度万用表等。

试件制备：采用半干拌法制作碳纤维混凝土试件，其尺寸为100mm×100mm×100mm。碳纤维混凝土试块的配合比见表3.1.其中碳纤维的掺量分别为水泥质量的0.3%， 0.6%，0.8%，1.0%，1.2%，，每组试件为3个。

1.2 试验目的

研究碳纤维混凝土的电热效应，根据碳纤维混凝土通电后可以发热的性能，为其应用于北方寒冷天气机场跑道等的融雪化冰工作提供试验依据。

1.3试验方案

本试验研究碳纤维混凝土试块在室温下的电热效应，试块初始温度均为19℃，研究给试块两端通15V交流电压，试块的发热情况。另外探究了碳纤维掺量对碳纤维混凝土电热效应的影响。将热电偶的探头固定于试块表面，来测量试块表面的温度，用苯板将试块包裹起来，目的是防止试块的热量散发出来。试验布置图如图1.1,图1.2。

图1.1电热效应试验布置图图 1.2 碳纤维混凝土的电热效应试验图

试验中测量试块温度的仪器为热电偶，每30分钟测量一次，并记录，连续记录10小时。

此外还研究了碳纤维掺量对试块电热效应的影响。

1.4 试验结果与分析

将试验中测得试块表面的温度与通电时间制成表格，如表1.1、续表1.2

表1.1 试块温度与通电时间关系表

续表1.2 试块温度与通电时间关系表

以碳纤维掺量为0.8%的碳纤维混凝土试块为例，来说明碳纤维混凝土的电热效应。图1.3为碳纤维掺量为0.8%的试块表面温度与通电时间的关系图。

图1.3 试块温度和通电时间关系图

从图中可以看出，随着通电时间增加，碳纤维混凝土试块表面温度增加，通电时间400min左右时，试块温度在51℃上下浮动，继续通电，温度不再增加。

试验还研究了碳纤维掺量对碳纤维混凝土试块的电热效应的影响，如图1.4。

从图中可以看出，当通电时间为400min左右时，试块表面温度均达到某一个稳定值，当继续通电时，温度不再升高。碳纤维混凝土试块当碳纤维掺量从0.3%增加到1.0%时，试块达到的最高温度值增加，当碳纤维掺量从1.0%增加到1.2%时，试块所能达到的最高温度反而减小。试分析出现以上结果的原因，试块的电热特性与试块的电阻值变化是相关的，试块电阻越大，导电性能越差，其电热性能相应的也差，温升就低。碳纤维掺量对碳纤维混凝土试块的电阻的影响与对其电热效应的影响是相一致的。

图1.4 碳纤维掺量对电热效应的影响

2.1结论

本章主要通过试验研究了碳纤维混凝土电热效应。通过试验可以得到以下结论：

碳纤维混凝土电热特性良好。给碳纤维混凝土试块两端通电，试块明显发热。而且在通电400min左右达到某一稳定值，再通电，试块温度不再升高。碳纤维含量对其电热特性有影响，当碳纤维掺量在1.0%时，试块温度能达到最高值，这与碳纤维掺量对电阻的影响的结论一致。利用碳纤维混凝土的良好的电热特性，可以将其用于北方寒冷冬季机场跑道的除雪化冰工作。

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