DOI:10.1016/j.cemconcomp.2020.103904

经证实，欧姆加热（OH）固化方法可以在超低温下通过电加热转化来固化导电纤维增强水泥基复合材料，这种固化效果在很大程度上取决于加热效率。本文提出了利用碳纳米纤维（CNFs）来调控碳纤维（CFs）增强水泥基复合材料加热效率的新思路。跟踪了掺量为0-0.3vol％CNFs的CF/CNFs增强水泥基复合材料（CF/CNF-CCC）的加热效率，包括峰值固化温度和升温速率。结果表明，随着CNFs用量的增加，OH固化过程中的加热效率显著提高，当CNFs含量从0增加到0.3％时，峰值固化温度和升温速率由44.8℃、0.139℃/min提高至73.2℃、0.39℃/min。本文阐明了CF/CNF-CCC样品中基于CNFs分布类型的微观结构加热机理，根据两种CNFs“桥效应”，在CFs宏观导电网络中有效构建了CNFs微观导电网络。通过COMSOL多物理场仿真进一步验证了CNFs对加热效率的改善效果，并定量指导CF/CNF-CCC的材料组成设计以实现加热效率的可控性。

图1.CF/CNF-CCC样品的制备过程。

图2.CF/CNF-CCC样品的电阻率测量程序：（a）示意图和（b）实验图。

图3.OH固化和温度监测过程的方法图：（a）示意图和（b）实验图。

图4.数值模拟结果：（a）CFs的微观结构；（b）数字化CFs和粒子微观结构；（c）渗滤分析结果；实验结果：（d）包含不同CFs添加量的CF-CCC样品的初始电阻率。

图5.具有不同CNFs添加量的CF/CNF-CCC样品的平均初始电阻率。

图6.具有不同CNFs添加量的CF/CNF-CCC样品的电阻率变化。

图7.CF/CNF-CCC样品的温度变化规律：（a）温度变化，（b）OH固化初期升温速率的最大斜率。

图8.CNFs簇的“桥效应”机制。（a）CNFs簇的并行分布类型和（b）CNFs簇的串行分布类型。

图9.CNFs簇的电路图：（a）并联电路，（b）串联电路。

图10.通过CNFs构建格状网。

图11.格状网电阻计算图。

图12.在-20℃下经过2天OH固化后，具有不同CNFs添加量的CF/CNF-CCC样品的SEM形态：（a）2,500×，（b）15,000×，（c）5,000×，（d）5,000×，（e）5,000×和（f）2500×。

图13.导电混凝土的三维有限元模型：（a）不添加CNFs，b）添加0.2vol％CNFs。

图14.具有不同CNFs添加量的结构经OH固化1200min后的温度分布：（a）不添加CNFs,（b）添加0.1vol％CNFs和（c）添加0.2vol％CNFs的导电混凝土结构。