碳纤维复合材料的研究与应用.docxVIP

?

?

碳纤维复合材料的研究与应用

?

?

论文导读：综合以上特点，碳纤维增强塑料（CFRP）在建筑结构中具有突出的应用优势。从以上CFRP材料的综合特性分析，CFRP材料适合作为土木工程领域桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别在应用于纯受拉构件时，材料自身的优势可以得到最大限度的发挥，这也在工程实践中得到了证明CFRP增强塑料是指预浸料碳纤维(CF)，其物理力学性能指标包括抗拉强度、弹性模量、延伸率等，在施工性和使用耐久性方面包括密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性等指标要求。CFRP加固修补混凝土结构是兴起于欧美和日本等发达国家的一项新技术，在我国起步较晚，但最近几年我国对CFRP加固修补混凝土结构技术的系统研究呈现不断发展的趋势，而且已经取得了实质性成果。

关键词：混凝土结构加固，CFRP，研究，应用

?

1.CFRP增强塑料的特点与性能研究

碳纤维是一种高性能纤维，在建筑结构中的使用量最大。论文参考网。在保护气氛中的有机纤维在施加张力牵引下，经过热处理碳化而成为含碳量90%以上的碳纤维。在混凝土结构的加固补强中，碳纤维片材作为碳纤维增强塑料的一种使用较多。我国土木工程领域多使用日本生产的碳纤维片，这种材料包括单向片、单向预浸片、单向织布、双向织布等多种形式。

与普通建筑钢材相比，碳纤维增强塑料具有如下特点：顺纤维方向抗拉强度远大于普通钢筋；均匀性与钢材相比较差，各向异性；重量轻,密度约为钢材的1/5，便于施工安装；耐久性好；抗腐蚀性能好，除了强氧化剂外，一般如浓盐酸、30%的硫酸、碱等对其均不起作用；热膨胀系数低；应力-应变曲线呈线性分布；减震性能好，其自振频率很高，可避免早期共振，且内阻很大，若发生激振，衰减快；材料柔软，产品形状几乎不受限制，还可以任意着色，将结构形式和材料美学统一起来；非磁性。综合以上特点，碳纤维增强塑料（CFRP）在建筑结构中具有突出的应用优势。

从以上CFRP材料的综合特性分析，CFRP材料适合作为土木工程领域桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别在应用于纯受拉构件时，材料自身的优势可以得到最大限度的发挥，这也在工程实践中得到了证明CFRP增强塑料是指预浸料碳纤维(CF)，其物理力学性能指标包括抗拉强度、弹性模量、延伸率等，在施工性和使用耐久性方面包括密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性等指标要求。(1)力学性能。利用碳纤维所具有的具有高强度(抗拉强度高达一般钢材的10余倍)、高弹性模量、密度小、延伸率小等优异特性，可有效提高混凝土结构的承载力，增强其延性、抗裂性能，达到高强、高效加固修复混凝土结构的目的。论文参考网。(2)热学性能。碳纤维的耐高低温的性能好，热导率高。(3)耐化学性能。碳纤维具有较好的耐酸碱性，一般的酸碱对其作用很小。且碳纤维的耐水性也很好。(4)电、磁性能。碳纤维沿纤维方向的导电性好，抗磁性好。

2.CFRP增强塑料的应用研究

2.1CFRP的国内应用现状

CFRP加固修补混凝土结构是兴起于欧美和日本等发达国家的一项新技术，在我国起步较晚，但最近几年我国对CFRP加固修补混凝土结构技术的系统研究呈现不断发展的趋势，而且已经取得了实质性成果。碳纤维增强塑料在工业与民用建筑、桥梁与隧道以及公路工程中得到了广泛的应用，目前主要用于旧桥加固时约束裂缝的开展，承受拉应力；新建桥梁中主要作为受拉的缆索或主梁的预应力筋。

我国在1996年前后才开始对土木结构方面的CFRP进行研究，起步相对较晚。最初只有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心进行相关研究，后来清华大学、同济大学、湖南大学、哈尔滨工业大学等十余所高校相继开始从事CFRP的研究课题，并在在板梁柱的模型实验和加固与修复方面取得一定成果。目前，国家已编制并颁布了《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》、《结构加固修复用碳纤维片材产品标准》和《结构加固修复用粘贴树脂产品标准》。现阶段我国主要集中研究CFRP片材加固和修复混凝土结构，国家工程中心已制作出20余个工况的试件，取得了构件抗弯、抗剪和抗压等一些有价值的实验数据，进行了多项工程的试点与推广。相信碳纤维增强材料在国内将有广阔的发展前景。

2.2CFRP的国外应用现状

CFRP材料最初应用于航天工业，这项技术在20世纪70年代已渐趋成熟。20世纪60年代，美国开始把CFRP材料应用在土木工程领域。但当时试验结果不理想，而且试验费用很高，所以FRP材料在土木领域的研究与应用在其后的二十多年里没有很大的进展。直到80年代初，欧美、日本和澳大利亚等国才开始重视FRP材料在土木工程中的相关应用研究，这时期内FRP材料多应用于于桥梁、海工构筑物、非磁性建筑等工程，尤其集中在桥梁方面。20世纪80年代末及20世纪90年代初，日本的众多大学、科研机构材料生产厂