無電極電阻率法研究水泥基復合材料的導電機理

蔣興教，肖蓮珍

武漢工程大學材料科學與工程學院，湖北 武漢430205

水泥基材料以其低廉的價格以及穩定的性能成為土木工程領域最為廣泛使用的結構工程材料之一，并成為人類歷史上消費量最大的商品［1］。隨著現代社會信息技術及材料科學的進步，人們對水泥基復合材料的多功能化、智能化也提出了更高的要求，水泥基材料正逐漸從傳統結構材料轉變為新型功能材料［2］。

碳纖維和鋼纖維具有優良的導電性與化學穩定性，研究其對水泥基復合材料導電性能的影響已成為一個熱門課題。復合材料的導電性能并不是由各組分導電性能的平均混合效應所決定的，而是由基體材料與改性組分的協同效應所產生。水泥漿體本身就是一個混合物體系，其電阻率會隨著齡期的延長而增大［3］，因此，水泥基復合材料的導電機理十分復雜，常見的理論有導電通路理論［4］、有效介質理論［5］和宏觀隧道效應理論［6］。魏小勝等［7］將Archie方程引入水泥漿體中，將水泥漿體的電阻率與其液相電阻率和孔隙率建立了量化的聯系。Ruschau等［8］發現導體在復合材料中的摻量達到某一特定值時，導體會在基體內形成完整的導電網絡，這個臨界摻量稱為滲流閾值。大量研究［9-11］表明碳纖維水泥基材料的導電性能會隨碳纖維摻量的增加而增加，同時存在滲流效應，其滲流閾值介于體積分數0.4%至1.0%之間。魏小勝等［12］測定了1 d內不同摻量下鋼纖維水泥基材料的電阻率發展曲線，指出摻加鋼纖維水泥基材料的電阻率與鋼纖維摻量成拋物線下降的趨勢，鋼纖維摻量與水泥基復合材料電阻率之間的關系與Fan氏方程較為接近。……