專利名稱：一種水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電極制作技術(shù)，特別涉及到一種 用于水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作方法。
背景技術(shù)：
水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料是由膠凝材料、導(dǎo)電材料、介電骨料和水等組分，按 照一定配合比混合而成，導(dǎo)電性得到顯著提高的多相復(fù)合材料，包括導(dǎo)電水泥 凈漿、導(dǎo)電水泥砂漿和導(dǎo)電混凝土；目前水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料中常用的導(dǎo)電材 料主要有碳纖維、碳粉、鋼纖維、鋼屑、石墨、碳納米管。電阻率是表征材料 導(dǎo)電性的關(guān)鍵物理量，水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率的準(zhǔn)確測量是研究材料的導(dǎo) 電性和電熱效應(yīng)的重要前提。水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料中除了電子導(dǎo)電外，還有離 子傳導(dǎo)方式，離子的遷移和貯存導(dǎo)致兩個電極板之間的極化效應(yīng)，在宏觀上等 效于電容的充放電效應(yīng)。極化效應(yīng)的存在使測量的電阻穩(wěn)定性差。在當(dāng)前的研 究中，接觸電阻對基體電阻的測量影響很大，并且不同電極材料和不同布置形 式產(chǎn)生的接觸電阻差異很大。如果接觸電阻較大，水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料自身電 阻較小時，則測量的電阻不準(zhǔn)確。因此研究電極對水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料導(dǎo)電性 能的影響具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。
目前電極制作和布設(shè)方法主要有電鍍法、預(yù)埋法和粘貼法。其中，電鍍法 在試件表面鍍銀電極，測量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但工藝復(fù)雜、成本昂貴，難以在工 程應(yīng)用領(lǐng)域推廣使用。粘貼法和埋入法是目前廣泛采用的布設(shè)形式預(yù)埋法是 在水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料中預(yù)埋不銹鋼片電極、不銹鋼網(wǎng)電極以及銅芯導(dǎo)線電極等；外貼法是在水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料試件的表面粘貼碳纖維布電極、不銹鋼片 電極和銅片電極等。外粘電極法需要對粘結(jié)面進(jìn)行打磨、清潔處理，并且很難 保證在粘貼時電極與試件表面接觸良好，從而不可避免會增大接觸電阻，并且 粘貼電極的可靠性和耐久性也是一個實際應(yīng)用中的大問題。預(yù)埋銅芯導(dǎo)線與基
體的接觸面積過小，接觸電阻大；不銹鋼網(wǎng)電極與水泥基基體接觸時，基體顆
粒及碳纖維與不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)孔互相交織纏繞，接觸緊密且實際的接觸點數(shù)遠(yuǎn)多 于同樣尺寸但表面平整的不銹鋼片電極，因此采用不銹鋼網(wǎng)電極的接觸電阻要 小于使用不銹鋼片電極的接觸電阻。在大量研究中普遍采用的是平面不銹鋼網(wǎng) 和平面不銹鋼片，與基體的粘結(jié)力有限，并且電極所在的位置是水泥基導(dǎo)電復(fù) 合材料中的薄弱環(huán)節(jié)。
電極的數(shù)量對基體電阻的測量也有影響。四電極法能夠減小電極接觸電阻 對基體電阻測量的影響，但是由于采用電極較多，對結(jié)構(gòu)體自身有一定影響， 并且每個傳感器需要四根引線，接線較多，現(xiàn)場應(yīng)用不便。兩電極法由于結(jié)構(gòu) 簡單，現(xiàn)場應(yīng)用方便，因此目前研究較多，但需要減小接觸電阻，減小極化效 應(yīng)對測量結(jié)果的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用于水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作 方法，能夠減小電極與基體之間的接觸電阻，減小極化效應(yīng)，提高水泥基導(dǎo)電 復(fù)合材料電阻測試的準(zhǔn)確性，同時增大電極與基體的咬合作用，消除電極引入 的薄弱環(huán)節(jié)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
將平面不銹鋼網(wǎng)加工成不同波形的立體不銹鋼網(wǎng)電極，在制作水泥基導(dǎo)電 復(fù)合材料試件時，必須將兩個立體不銹鋼網(wǎng)電極的波峰相對布設(shè)；試件制作之前，根據(jù)試件的類型、尺寸、基體材料和導(dǎo)電材料的類型，選擇平面不銹鋼網(wǎng) 的網(wǎng)格尺寸以及立體不銹鋼網(wǎng)電極的波形、周期和振幅；所制作的立體不銹鋼 網(wǎng)電極的波形可以為余弦波形、梯形或三角波形；在立體不銹鋼網(wǎng)電極電極的 立面，距離底邊1/3和2/3的位置分別焊接兩道不銹鋼絲，使立體不銹鋼網(wǎng)電 極波形的波峰和波谷位置在同一平面上。
具體制作方法為根據(jù)所需制作的水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料中骨料的粒徑合理 選擇不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸，根據(jù)電極的尺寸裁剪出不銹鋼網(wǎng)條，并通過咬合齒 輪或不同形狀的鋼模將不銹鋼網(wǎng)條壓制成設(shè)計波形，比如余弦波形、梯形或三 角波形，實際應(yīng)用中可以根據(jù)試件的規(guī)格調(diào)整波形的振幅和周期。在立體不銹 鋼網(wǎng)電極電極的立面，距離底邊1/3和2/3的位置分別焊接兩道不銹鋼絲，使 立體不銹鋼網(wǎng)波形的波峰和波谷位置在同一平面上，保證在澆筑的過程中立體 不銹鋼網(wǎng)不會產(chǎn)生彎曲變形；將制作的立體不銹鋼網(wǎng)電極點焊上導(dǎo)線，然后將 電極置入試件的模具中，澆筑導(dǎo)電水泥基材料并振搗密實。在埋設(shè)的過程中， 應(yīng)將兩個相鄰電極波形的波峰相對布置，以進(jìn)一步減小水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料電 阻的極化效應(yīng)。
本發(fā)明的效果和益處是，采用立體不銹鋼網(wǎng)作電極時，電極與水泥基導(dǎo)電 復(fù)合材料的接觸面積大于采用平面不銹鋼網(wǎng)電極的情況，對于三角波形立體不 銹鋼網(wǎng)電極，在波峰兩邊夾角為60度的情況下，單個電極與基體的接觸面積比 平面電極增大一倍，能夠顯著降低接觸電阻；同時，立體不銹鋼網(wǎng)電極在試件 中波形的波峰相對布置，能減小極化效應(yīng)的影響；此外，凹凸起伏的立體電極 網(wǎng)可以和基體可靠的結(jié)合在一起，粘結(jié)強度高，能夠共同承受外載，消除了傳 統(tǒng)電極埋入產(chǎn)生的薄弱環(huán)節(jié)。因此，采用本發(fā)明制作的立體不銹鋼網(wǎng)電極能夠 有效減小接觸電阻和極化效應(yīng)對水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料電阻測量的準(zhǔn)確性的影響，在水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的壓敏性、導(dǎo)電性以及電熱效應(yīng)等方面的研究具有
重要的實際應(yīng)用價值。
圖1是立體不銹鋼網(wǎng)電極的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是立體不銹鋼網(wǎng)電極的正投影示意圖。
圖3是試件中的電極布置及試件電阻測量示意圖。
圖中l(wèi)立體不銹鋼網(wǎng)電極；2立體不銹鋼網(wǎng)波峰；3立體不銹鋼網(wǎng)波谷；4 立體不銹鋼網(wǎng)周期；5加強用不銹鋼絲；6電極引線；7立體不銹鋼網(wǎng)振幅；8
水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料試件；9檢測儀表。
具體實施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的最佳實施例。 本發(fā)明以碳纖維導(dǎo)電水泥砂漿為例，說明本發(fā)明電極的制作過程。試件的
尺寸100腿X100 ramX50腿，采用的基體材料為水泥砂漿，導(dǎo)電相為PAN基短 切碳纖維，長度為3mm。根據(jù)試件的要求選用平面不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸為5mm， 電極的投影尺寸為40 mmX80腿。裁剪一條寬度為40,的平面不銹鋼網(wǎng)條，并 通過三角波形咬合齒輪將平面不銹鋼網(wǎng)條壓制成三角波，制作的立體不銹鋼網(wǎng) 波峰2的夾角為60度，周期4為10mm，立體不銹鋼網(wǎng)振幅7為4. 3mm。在立體 不銹鋼網(wǎng)電極1的立面，距離底邊1/3和2/3的位置分別焊接兩道不銹鋼絲5， 使立體不銹鋼網(wǎng)電極1的波峰2和波谷3分別處于同一平面，以保證在澆筑的 過程中立體不銹鋼網(wǎng)電極1不會產(chǎn)生彎曲變形。通過上述步驟可以制作出碳纖 維導(dǎo)電水泥砂漿用的三角波形的立體不銹鋼網(wǎng)電極1。
將制作的一對三角波形立體不銹鋼網(wǎng)電極1分別點焊上電極引線6，安放在 模具中，澆筑碳纖維導(dǎo)電水泥砂漿，并振搗密實，制做出碳纖維導(dǎo)電水泥砂槳試件8。在埋設(shè)的過程中，將一對電極三角波形的波峰2相對布置，可以進(jìn)一步
減小碳纖維導(dǎo)電水泥砂漿電阻的極化效應(yīng)。采用上述規(guī)格的電極，整個電極與 基體的接觸面積比采用平面電極增大了一倍，因此能有效降低接觸電阻。將試
件通過導(dǎo)線6連接到檢測儀表9，可測量碳纖維導(dǎo)電水泥砂漿的電阻。
權(quán)利要求
1、一種水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作方法，其特征在于將平面不銹鋼網(wǎng)加工成不同波形的立體不銹鋼網(wǎng)電極(1)，制作水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料試件時，須將兩個立體不銹鋼網(wǎng)電極(1)的波峰(2)相對布設(shè)；根據(jù)試件的類型、尺寸、基體材料和導(dǎo)電材料的類型，選擇平面不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸以及立體不銹鋼網(wǎng)電極(1)的波形、周期(4)和振幅(7)。
2、 如權(quán)利要求l所述的一種水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作方法，其特征還在于所制作的立體不銹鋼網(wǎng)電極(1)的波形為余弦波形、梯形或三角波形；在立體不銹鋼網(wǎng)電極電極(1)的立面，距離底邊為1/3和2/3的位置分別焊接兩道不銹鋼絲(5)，使立體不銹鋼網(wǎng)電極(1)波形的波峰(2)處于在同一平面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的電極制作方法，屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征是將平面不銹鋼網(wǎng)制成不同波形的立體不銹鋼網(wǎng)，制作水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料試件時，須將兩個立體不銹鋼網(wǎng)電極的波峰相對布設(shè)；因為水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的基體可以是水泥凈漿、水泥砂漿或混凝土，而摻入的導(dǎo)電相可以是碳纖維、碳粉、鋼纖維、鋼屑、石墨或碳納米管，因此實際應(yīng)用中除了考慮試件的類型和尺寸，還需要根據(jù)基體材料和導(dǎo)電材料的類型合理選擇平面不銹鋼網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸，立體不銹鋼網(wǎng)電極的波形、周期、振幅。本發(fā)明的有益效果是能夠減小電極與基體之間的接觸電阻，削弱極化效應(yīng)的影響，增大電極與骨料的咬合作用，提高水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料電阻測試的準(zhǔn)確性。
文檔編號H01R4/66GK101478085SQ20091001018
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月17日
發(fā)明者宋世德, 尉文婷, 徐世烺, 田亞峰 申請人:大連理工大學(xué)