纳米银与改性碳纳米管自感知水泥基在多种加载制度下的压敏性分析

doi:10.15961/j.jsuese.202300479

工程科学与技术 ›› 2025, Vol. 57 ›› Issue (02) : 246 -255. DOI: 10.15961/j.jsuese.202300479

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摘要

自感知水泥基可以实现对结构的实时、长期、智能的数字化监测，是一种全新的结构监测方式，但目前的自感知水泥基普遍存在导电填料分散困难、价格高、掺量大的问题，导致其难以实现应用。本文利用低温等离子体改性技术对碳纳米管（CNT）进行官能团嫁接处理，制备出羧基化的等离子体改性碳纳米管（P–CNT），不仅有助于提高CNT的亲水性，还可以最大限度地减轻对CNT材料表面的损伤。同时，还引入了在智能穿戴领域中极具潜力的一种压敏材料——纳米银粒子（AgNPs），将其和P–CNT分别加入水泥基中，制备两种具有自感知功能的水泥基复合材料。通过极化试验及长循环下的等幅值加载、变幅值加载和变速加载3种加载试验，深度分析了P–CNT和AgNPs这两种导电填料在水泥基中的压敏性差异。极化试验结果表明：两组试件的极化趋势基本一致；随着龄期的增长，极化时间会由14 d龄期的4～5 min逐渐增长至28 d龄期的1.0 h左右，并最终稳定于约1.5 h。等幅值循环加载试验结果表明：AgNPs在0.004 8%的极低掺量下可以实现远高于P–CNT的压敏稳定性，显著降低了填料的掺量。变幅值试验结果表明：在同等幅值条件下，AgNPs的应力灵敏程度高于P–CNT的3倍以上；结合SEM图像可以发现，过高的应力幅值加载会导致P–CNT纤维的损伤，对压敏效应产生负面影响。变速循环加载试验结果表明：长周期的循环加载或者高速加载有助于改善自感知水泥基压敏曲线的稳定性。