CN101478085B - 一种水泥基导电复合材料的电极制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水泥基导电复合材料的电极制作方法，属于土木工程技术领域。其特征是将平面不锈钢网制成不同波形的立体不锈钢网，制作水泥基导电复合材料试件时，须将两个立体不锈钢网电极的波峰相对布设；因为水泥基导电复合材料的基体可以是水泥净浆、水泥砂浆或混凝土，而掺入的导电相可以是碳纤维、碳粉、钢纤维、钢屑、石墨或碳纳米管，因此实际应用中除了考虑试件的类型和尺寸，还需要根据基体材料和导电材料的类型合理选择平面不锈钢网的网格尺寸，立体不锈钢网电极的波形、周期、振幅。本发明的有益效果是能够减小电极与基体之间的接触电阻，削弱极化效应的影响，增大电极与骨料的咬合作用，提高水泥基导电复合材料电阻测试的准确性。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种电极制作技术，特别涉及到一种用于水泥基导电复合材料的电极制作方法。
背景技术
水泥基导电复合材料是由胶凝材料、导电材料、介电骨料和水等组分，按照一定配合比混合而成，导电性得到显著提高的多相复合材料，包括导电水泥净浆、导电水泥砂浆和导电混凝土；目前水泥基导电复合材料中常用的导电材料主要有碳纤维、碳粉、钢纤维、钢屑、石墨、碳纳米管。电阻率是表征材料导电性的关键物理量，水泥基导电复合材料电阻率的准确测量是研究材料的导电性和电热效应的重要前提。水泥基导电复合材料中除了电子导电外，还有离子传导方式，离子的迁移和贮存导致两个电极板之间的极化效应，在宏观上等效于电容的充放电效应。极化效应的存在使测量的电阻稳定性差。在当前的研究中，接触电阻对基体电阻的测量影响很大，并且不同电极材料和不同布置形式产生的接触电阻差异很大。如果接触电阻较大，水泥基导电复合材料自身电阻较小时，则测量的电阻不准确。因此研究电极对水泥基导电复合材料导电性能的影响具有重要的理论价值和现实意义。
目前电极制作和布设方法主要有电镀法、预埋法和粘贴法。其中，电镀法在试件表面镀银电极，测量结果比较准确，但工艺复杂、成本昂贵，难以在工程应用领域推广使用。粘贴法和埋入法是目前广泛采用的布设形式：预埋法是在水泥基导电复合材料中预埋不锈钢片电极、不锈钢网电极以及铜芯导线电极等；外贴法是在水泥基导电复合材料试件的表面粘贴碳纤维布电极、不锈钢片电极和铜片电极等。外粘电极法需要对粘结面进行打磨、清洁处理，并且很难保证在粘贴时电极与试件表面接触良好，从而不可避免会增大接触电阻，并且粘贴电极的可靠性和耐久性也是一个实际应用中的大问题。预埋铜芯导线与基体的接触面积过小，接触电阻大；不锈钢网电极与水泥基基体接触时，基体颗粒及碳纤维与不锈钢网的网孔互相交织缠绕，接触紧密且实际的接触点数远多于同样尺寸但表面平整的不锈钢片电极，因此采用不锈钢网电极的接触电阻要小于使用不锈钢片电极的接触电阻。在大量研究中普遍采用的是平面不锈钢网和平面不锈钢片，与基体的粘结力有限，并且电极所在的位置是水泥基导电复合材料中的薄弱环节。
电极的数量对基体电阻的测量也有影响。四电极法能够减小电极接触电阻对基体电阻测量的影响，但是由于采用电极较多，对结构体自身有一定影响，并且每个传感器需要四根引线，接线较多，现场应用不便。两电极法由于结构简单，现场应用方便，因此目前研究较多，但需要减小接触电阻，减小极化效应对测量结果的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于水泥基导电复合材料的电极制作方法，能够减小电极与基体之间的接触电阻，减小极化效应，提高水泥基导电复合材料电阻测试的准确性，同时增大电极与基体的咬合作用，消除电极引入的薄弱环节。
本发明的技术方案是：
将平面不锈钢网加工成不同波形的立体不锈钢网电极，在制作水泥基导电复合材料试件时，必须将两个立体不锈钢网电极的波峰相对布设；试件制作之前，根据试件的类型、尺寸、基体材料和导电材料的类型，选择平面不锈钢网的网格尺寸以及立体不锈钢网电极的波形、周期和振幅；所制作的立体不锈钢网电极的波形可以为余弦波形、梯形或三角波形；在立体不锈钢网电极电极的立面，距离底边1/3和2/3的位置分别焊接两道不锈钢丝，使立体不锈钢网电极波形的波峰和波谷位置在同一平面上。
具体制作方法为：根据所需制作的水泥基导电复合材料中骨料的粒径合理选择不锈钢网的网格尺寸，根据电极的尺寸裁剪出不锈钢网条，并通过咬合齿轮或不同形状的钢模将不锈钢网条压制成设计波形，比如余弦波形、梯形或三角波形，实际应用中可以根据试件的规格调整波形的振幅和周期。在立体不锈钢网电极电极的立面，距离底边1/3和2/3的位置分别焊接两道不锈钢丝，使立体不锈钢网波形的波峰和波谷位置在同一平面上，保证在浇筑的过程中立体不锈钢网不会产生弯曲变形；将制作的立体不锈钢网电极点焊上导线，然后将电极置入试件的模具中，浇筑导电水泥基材料并振捣密实。在埋设的过程中，应将两个相邻电极波形的波峰相对布置，以进一步减小水泥基导电复合材料电阻的极化效应。
本发明的效果和益处是，采用立体不锈钢网作电极时，电极与水泥基导电复合材料的接触面积大于采用平面不锈钢网电极的情况，对于三角波形立体不锈钢网电极，在波峰两边夹角为60度的情况下，单个电极与基体的接触面积比平面电极增大一倍，能够显著降低接触电阻；同时，立体不锈钢网电极在试件中波形的波峰相对布置，能减小极化效应的影响；此外，凹凸起伏的立体电极网可以和基体可靠的结合在一起，粘结强度高，能够共同承受外载，消除了传统电极埋入产生的薄弱环节。因此，采用本发明制作的立体不锈钢网电极能够有效减小接触电阻和极化效应对水泥基导电复合材料电阻测量的准确性的影响，在水泥基导电复合材料的压敏性、导电性以及电热效应等方面的研究具有重要的实际应用价值。
附图说明
图1是立体不锈钢网电极的结构示意图。
图2是立体不锈钢网电极的正投影示意图。
图3是试件中的电极布置及试件电阻测量示意图。
图中：1立体不锈钢网电极；2立体不锈钢网波峰；3立体不锈钢网波谷；4立体不锈钢网周期；5加强用不锈钢丝6电极引线；7立体不锈钢网振幅；8水泥基导电复合材料试件；9检测仪表。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的最佳实施例。
本发明以碳纤维导电水泥砂浆为例，说明本发明电极的制作过程。试件的尺寸100mm×100mm×50mm，采用的基体材料为水泥砂浆，导电相为PAN基短切碳纤维，长度为3mm。根据试件的要求选用平面不锈钢网的网格尺寸为5mm，电极的投影尺寸为40mm×80mm。裁剪一条宽度为40mm的平面不锈钢网条，并通过三角波形咬合齿轮将平面不锈钢网条压制成三角波，制作的立体不锈钢网波峰2的夹角为60度，周期4为10mm，立体不锈钢网振幅7为4.3mm。在立体不锈钢网电极1的立面，距离底边1/3和2/3的位置分别焊接两道不锈钢丝5，使立体不锈钢网电极1的波峰2和波谷3分别处于同一平面，以保证在浇筑的过程中立体不锈钢网电极1不会产生弯曲变形。通过上述步骤可以制作出碳纤维导电水泥砂浆用的三角波形的立体不锈钢网电极1。
将制作的一对三角波形立体不锈钢网电极1分别点焊上电极引线6，安放在模具中，浇筑碳纤维导电水泥砂浆，并振捣密实，制做出碳纤维导电水泥砂浆试件8。在埋设的过程中，将一对电极三角波形的波峰2相对布置，可以进一步减小碳纤维导电水泥砂浆电阻的极化效应。采用上述规格的电极，整个电极与基体的接触面积比采用平面电极增大了一倍，因此能有效降低接触电阻。将试件通过导线6连接到检测仪表9，可测量碳纤维导电水泥砂浆的电阻。
Claims (2)
1.一种水泥基导电复合材料的电极制作方法，其特征在于：将平面不锈钢网加工成不同波形的立体不锈钢网电极(1)，制作水泥基导电复合材料试件时，须将两个立体不锈钢网电极(1)的波峰(2)相对布设；根据试件的类型、尺寸、基体材料和导电材料的类型，选择平面不锈钢网的网格尺寸以及立体不锈钢网电极(1)的波形、周期(4)和振幅(7)。
2.如权利要求1所述的一种水泥基导电复合材料的电极制作方法，其特征还在于：所制作的立体不锈钢网电极(1)的波形为余弦波形、梯形或三角波形；在立体不锈钢网电极(1)的立面，距离底边为1/3和2/3的位置分别焊接两道不锈钢丝(5)，使立体不锈钢网电极(1)波形的波峰(2)处于在同一平面上。
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