石墨烯改性水泥凈漿的電熱性能有限元分析

基金項目：重慶市研究生導(dǎo)師團(tuán)隊建設(shè)項目（JDDSTD2022006）；重慶交通大學(xué)-國電投重慶能源研究院有限公司合作項目（130699J

X0120220030）

第一作者簡介：傅孝良（1985-），男，碩士，工程師。研究方向為儲能、新能源技術(shù)、綠電轉(zhuǎn)化等。

*通信作者：袁小亞（1979-），男，博士，教授。研究方向為納米復(fù)合材料、碳基儲能材料。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.21.016

摘" 要：該文采用COMSOL Multiphysics有限元軟件對水中可分散型石墨烯摻配水泥基材料進(jìn)行溫度場、應(yīng)力和位移數(shù)值模擬。結(jié)果表明，在電壓30 V，通電20 min后，模型最高溫度為333 ℃，最大應(yīng)力為80 MPa，最大位移為0.14 mm，且模型最高溫度與試驗結(jié)果偏差為3.4%，說明COMSOL Multiphysics有限元軟件對電熱性能分析的可靠性，為水泥基材料的電熱研究提供有力的支撐。

關(guān)鍵詞：石墨烯；水泥凈漿；電熱性能；有限元分析；溫度梯度

中圖分類號：TU528" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）21-0065-05

Abstract： COMSOL Multiphysics finite element software was used to numerically simulate the temperature field， stress and displacement of water dispersible graphene mixed cement-based materials， referring to the data of water dispersible graphene mixed cement-based materials. The results show that after the voltage is 30 V and the power is 20 min， the maximum temperature of the model is 333 ℃， the maximum stress is 80 MPa， and the maximum displacement is 0.14 mm， and the deviation between the maximum temperature of the model and the test results is 3.4%， indicating the reliability of COMSOL Multiphysics finite element software for electrothermal performance analysis， which provides a strong support for the electrothermal research of cement-based materials.

Keywords： graphene; cement paste; electrothermal properties; finite element analysis; temperature gradient

Tuan等[1]在混凝土中摻加了體積摻量1.5%鋼纖維和20%鋼屑為導(dǎo)電材料，制成了1.2 m×3.6 m×0.09 m的導(dǎo)電混凝土板，從1998年到2000年，在室外進(jìn)行了為期3個冬季的融雪試驗。隨后的研究圍繞著添加不同的導(dǎo)電材料在水泥基材料中做了一系列的試驗，但是程志海等[2]發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電材料的摻量與水泥基材料的導(dǎo)電性成正相關(guān)，但過量的導(dǎo)電材料會使水泥基材料的抗壓強度下降，只有做到“低摻量、高性能”才更具有現(xiàn)實意義，所以解決導(dǎo)電材料在水泥基材料中的分散問題便是一大重點。因此，桂尊曜等[3]從石墨烯（G）的合成與制備出發(fā)，解決高導(dǎo)電G的均勻分散難題，制備出了水中可分散型石墨烯（G-SD），其合成簡單且綠色環(huán)保，其較高的導(dǎo)電性和優(yōu)異的水溶性，有助于降低G功能化水泥基材料的摻量。……