[发明专利]一种短切碳纤维在硬化水泥浆体中的分散性检测方法

说明书

技术领域

本发明属于土木工程材料技术领域，具体涉及一种短切碳纤维在硬化水泥浆体中的分散性方法。

背景技术

碳纤维水泥基复合材料（CFRC）与普通水泥基复合材料相比，具有质量轻、强度高等优点，同时还具有耐磨耗、耐腐蚀等优异力学性能；另一方面，碳纤维凭借其机敏性、温敏性、静电屏蔽性逐步在土木工程健康监测、智能建筑等工程领域中作为一种灵敏度较高的本征型智能结构材料开发应用。其中碳纤维在水泥基体中呈现均匀分散体系是实现CFRC功能敏感性及物理力学增强效应的基础。定量表征CFRC中碳纤维的分散程度对改进碳纤维水泥基复合材料制备工艺，提升使用性能等方面具有重要意义。

目前，国内对于表征碳纤维分散性的研究还处于宏观尺度上，所采用的表征手段主要有两种，即新拌料浆法及电阻率法。根据GB/T21120-2007《水泥混凝土和砂浆用合成纤维》所述，新拌料浆法是一种传统的表征方法，主要流程是制备CFRC新拌料浆，然后在料浆的不同部位取样并称重置于细筛上，用洗去试样中其余组份，对碳纤维干燥称重。通过计算碳纤维质量变动系数表征分散性。该方法存在以下问题：冲洗水泥颗粒的过程中极易造成碳纤维的损失；对于纤维分散剂等具有胶粘特性的组份无法清洗干净，其测试结果较为离散；不适用于表征碳纤维硬化水泥基体中的分散性。

第二种方法是电阻率法，该方法通过在试件两端设置电极并通电，测试不同试样的电阻值，并计算测试结果的电阻率变异系数，间接地判断CFRC中碳纤维的分散情况。在碳纤维分散不均匀情况下，CFRC中部分区域纤维较多，搭接程度大，CFRC导电以沿纤维网络的电子传导为主，电阻较小；相反，在纤维均匀分散的条件下，则无论试件的电阻值大小，各试样间电阻值差异一定最小，即变异系数小。该方法存在的缺陷是只能对碳纤维分散性在宏观尺寸上进行定性评价，对于其内部分散的特征参数等指标仍然无法进行准确表征。

发明内容

针对现有技术存在的问题与缺陷，本发明的目的在于提供一种短切碳纤维在硬化水泥浆体中的分散性检测方法。

为此，本发明的短切碳纤维在硬化水泥浆体中的分散性检测方法包括以下步骤：

（1）用CT机扫描试件的N个断层，采集各断层的CT图像，N为大于等于1的正整数；

（2）对CT图像进行预处理；

（3）定义各CT图像的特征区域，所述特征区域包括碳纤维束团区域、纤维均匀分散区域和无纤维存在区域；

①定义灰度值为0～63的区域为碳纤维束团区域；

②定义灰度值为63～147的区域为纤维均匀分散区域；

③定义灰度值为147～205的区域为无纤维存在区域；

（4）计算各特征区域的像素面积；

（5）计算短切碳纤维有效分散系数D：

D=Σ1N(Ae,n/At,n)N]]>    （式1）；

（式1）中，n＝1,2,3,…,N；

A_t,n＝A_e,n+A_b,n+A_c,n；

A_e,n为第n个层位的CT图像中碳纤维均匀分散区域的像素面积；

A_b,n为第n个层位的CT图像中无碳纤维存在区域的像素面积；

A_c,n为第n个层位的CT图像中碳纤维束团区域的像素面积。

所述的短切碳纤维在硬化水泥浆体中的分散性检测方法还包括以下步骤：

（6）计算同一试件第n个层位的短切碳纤维束团分布变异系数

（式2）中，