CFRP材料在土木工程中的应用现状及前景
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混凝土建筑结构中碳纤维增强材料的应用
混凝土建筑结构中碳纤维增强材料的应用一、引言混凝土建筑结构是现代建筑中最常见的结构形式之一，其主要特点是具有较高的强度和耐久性。
然而，在长期使用过程中，混凝土结构也会出现裂缝、变形等问题，从而影响其使用寿命和安全性。
为了解决这些问题，现代建筑中广泛采用了碳纤维增强材料（CFRP）来加强混凝土结构。
二、碳纤维增强材料的特点碳纤维增强材料是由碳纤维和树脂制成的复合材料，具有以下特点：1. 高强度：碳纤维的强度比钢高5-10倍，可以大大提高混凝土结构的承载能力。
2. 轻质：碳纤维的密度为钢的1/4，可以减轻混凝土结构的自重，降低地震和风力荷载对结构的影响。
3. 耐腐蚀：碳纤维不易受到氧化、腐蚀等环境因素的影响，可以延长混凝土结构的寿命。
4. 易加工：碳纤维可以根据需要进行切割、拼接等加工，适合各种形状的混凝土结构。
三、碳纤维增强材料在混凝土结构中的应用1. 加固梁柱混凝土建筑结构中的梁柱是承载结构荷载的主要部位，但在长期使用过程中，由于荷载作用、温度变化、地震等因素的影响，梁柱会出现裂缝、变形等问题。
此时，可以采用碳纤维增强材料来加固梁柱。
具体操作方法：首先对梁柱进行清理、打磨、喷砂等处理，然后将碳纤维增强材料与树脂混合涂抹在梁柱的表面，形成一个厚度约为1-2mm的增强层，待其固化后，再将另一层碳纤维增强材料与树脂混合涂抹在其表面，形成一个厚度约为1-2mm的覆盖层。
这样可以有效地提高梁柱的承载能力，延长其使用寿命。
2. 加固板混凝土结构中的板是承载结构荷载的重要部分，但在长期使用过程中，由于荷载作用、温度变化、地震等因素的影响，板会出现裂缝、变形等问题。
此时，可以采用碳纤维增强材料来加固板。
具体操作方法：首先对板进行清理、打磨、喷砂等处理，然后将碳纤维增强材料与树脂混合涂抹在板的表面，形成一个厚度约为1-2mm的增强层，待其固化后，再将另一层碳纤维增强材料与树脂混合涂抹在其表面，形成一个厚度约为1-2mm的覆盖层。
碳纤维材料在土木工程中应用
浅谈碳纤维材料在土木工程中的应用摘要：碳纤维复合材料（cfrp）作为一种新型材料，有着优良的物理特力学性能。
近年来在土木工程中的应用越来越广泛。
综述了cfrp的发展历程及主要研究成果。
关键词：碳纤维材料特性土木工程1、碳纤维复合材料（cfrp）的发展历程纤维增强聚合物复合材料frp（fiber reinforced polymer）问世于20世纪40年代。
cfrp最开始由美国制造。
1950年，美国空军基地在2 000℃高温下牵引人造丝得到cfrp。
1959年美国联合碳化公司以粘胶纤维为原丝制成纤维素基cfrp；1962年，日本碳素公司实现低模量聚丙烯腈基cfrp的工业化生产；1963年英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基cfrp；1965年日本群马大学试制造出沥青或木质素为原料的通用型cfrp； 1969年，日本大谷杉郎从特殊的共聚pan中生产出高强、高弹模的芳香族聚酰胺纤维；1970年，日本吴羽化学公司实现沥青基纤维的工业规模生产；1972年，美国杜邦公司生产出密度1.2～1.5 t/m3强度达3 000 mpa的aramid（阿拉米德） cfrp；1980年美国金刚砂公司研制出酚醛纤维为原丝的活性碳纤维并投放市场；1996年全世界碳纤维总生产量已达17 000 t，其中聚丙烯腈基纤维占85%，其余是沥青基纤维。
2002年世界聚丙烯腈基碳纤维的生产能力约为3.1万t，其中75%是小丝束碳纤维，25%是大丝束碳纤维。
碳纤维材料主要由日本生产，美国其次.其他国家产量很少。
2、碳纤维在土木工程中的应用研究现状2.1 国外的应用研究状况cfrp材料首先应用于航天工业，这项技术在20世纪70年代已趋于成熟。
在土木工程中的应用始于20世纪60年代的美国。
但当时试验结果不理想，而且价格很高，所以在其后的二十多年里，frp 材料在土木领域的研究与应用没有得到很大的发展。
在土木工程中的应用研究直到80年代初才开始重视，但相关的研究主要集中在欧美、日本和澳大利亚等国。
浅析碳纤维复合材料(CFRP)在土木工程加固中的应用
环境中工作
的结构构件 ，碳纤维材料非常适合作为钢筋的替代材料 。
３ ３耐疲劳性能好 碳纤维的耐疲劳性能好 ， 一般金属的疲劳强度 为抗拉 强 度 的 ４ ％￣５ ％，碳纤维 的疲劳强度 可达到其抗 拉强度 的 ０ ０
７％ ～８ ％ 。 ０ ０
３ １ 抗 拉 强 度 高 ．
形碳 纤 维 箍 （ 密 区 问距 ３ ０ 加 ０ ｍｍ，非 加 密 区 间矩 ４ ０ ０ｍｍ） ，
纤维片材加 固修复混凝土 结构技术规程 》 Ｃ Ｃ ４ ：０ ３ ， （ Ｅ Ｓ１６２ ０ ） 为这项技术在我 国的应用和发展提供了一定的标准和依据【。 １ ］
３ 碳纤 维 复合材 料 （Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ ）加 固结构 的优越 性
中国西部科技
２１ ０ ２年 ０ ４月第 １ １卷第 ０ ４期总第 ２３期 ７
浅 析 碳 纤 维 复合 材 料 （ Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ ）在 土 木 工 程 加 固 中的应 用
刘 益 赵 金
（． 台国 建筑加 固 限公 司 ，山东 烟台 ２４ ０；２ １ 烟 泰 有 ６００ ． 烟台信 永建￣＿程造价 咨询有 限公 司，山 东 烟 台 ２４０ ） Ｌｒ － ６０６
性和抗疲劳性不好等 问题，尤其是处于侵蚀性和暴露环境下
的混凝土结构受损更加严重。每年用于结构维修和加固的资 金巨大。因此 ，开发新型材 料用以提 高结构性能成为土木工 程领 域的一个趋势。近年来碳纤维复合材料 Ｃ Ｒ （ ａｂ ｎ Ｆ Ｐ Ｃ ｒｏ
ＦｂｒＲ ｉｆｒｅ ｏｙ ｒ 大 量地 应 用 到 结 构 加 固 领 域 中 ， ｉｅ ｅ ｏｃｄＰ ｌｍｅ） ｎ 已 成 为 土 木 工程 的 研 究 热 点 。
摘 要 ：碳纤维复合材料 （ Ｆ Ｐ）作为一种新型材料 ，有 着优 良的物 理力学性能，近年来在 土木 工程 加 固中的应 用越 来越 ＣＲ
的结构构件 ，碳纤维材料非常适合作为钢筋的替代材料 。
３ ３耐疲劳性能好 碳纤维的耐疲劳性能好 ， 一般金属的疲劳强度 为抗拉 强 度 的 ４ ％￣５ ％，碳纤维 的疲劳强度 可达到其抗 拉强度 的 ０ ０
７％ ～８ ％ 。 ０ ０
３ １ 抗 拉 强 度 高 ．
形碳 纤 维 箍 （ 密 区 问距 ３ ０ 加 ０ ｍｍ，非 加 密 区 间矩 ４ ０ ０ｍｍ） ，
纤维片材加 固修复混凝土 结构技术规程 》 Ｃ Ｃ ４ ：０ ３ ， （ Ｅ Ｓ１６２ ０ ） 为这项技术在我 国的应用和发展提供了一定的标准和依据【。 １ ］
３ 碳纤 维 复合材 料 （Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ ）加 固结构 的优越 性
中国西部科技
２１ ０ ２年 ０ ４月第 １ １卷第 ０ ４期总第 ２３期 ７
浅 析 碳 纤 维 复合 材 料 （ Ｆ Ｐ Ｃ Ｒ ）在 土 木 工 程 加 固 中的应 用
刘 益 赵 金
（． 台国 建筑加 固 限公 司 ，山东 烟台 ２４ ０；２ １ 烟 泰 有 ６００ ． 烟台信 永建￣＿程造价 咨询有 限公 司，山 东 烟 台 ２４０ ） Ｌｒ － ６０６
性和抗疲劳性不好等 问题，尤其是处于侵蚀性和暴露环境下
的混凝土结构受损更加严重。每年用于结构维修和加固的资 金巨大。因此 ，开发新型材 料用以提 高结构性能成为土木工 程领 域的一个趋势。近年来碳纤维复合材料 Ｃ Ｒ （ ａｂ ｎ Ｆ Ｐ Ｃ ｒｏ
ＦｂｒＲ ｉｆｒｅ ｏｙ ｒ 大 量地 应 用 到 结 构 加 固 领 域 中 ， ｉｅ ｅ ｏｃｄＰ ｌｍｅ） ｎ 已 成 为 土 木 工程 的 研 究 热 点 。
摘 要 ：碳纤维复合材料 （ Ｆ Ｐ）作为一种新型材料 ，有 着优 良的物 理力学性能，近年来在 土木 工程 加 固中的应 用越 来越 ＣＲ
碳纤维复合材料CFRP在土木工程中的应用综述
ZHOU X ian 2yan, W AN G L an 2ca i
(C ent ral Sou th U niversit y of F o res try and T echnology, C hang sh a 41004, Hu nan , Ch ina)
Abstra ct: A s a new m at erial, CF R P has an excellent m echanica l p rop ert ies and phy sical p roper ties, w hich w as app lied and researched
27
根据原料和制造方法的不同 , CFR P 分为 PAN 系C FR P 和沥青系 CFR P 两大类. 目前在工程中应用的CFR P 是 由多股连续纤维与树脂胶合后经过挤压和拉拔成型得到的 .
表 1 1996 ～ 2002 年世界高性能碳纤维的生产能力[22]
Ta ble 1 The Ca pa c ity Pr oduct ion of h igh perf orm an ce of CFR P f rom 1996 to 2002 分类 制造商 东丽 ( TORA Y ) 其中东丽日本 东丽法国 东丽美国 东邦 ( TO HO ) 其中东邦日本 东邦德国 三菱 (M R C) 其中三菱日本 三菱美国
1 碳纤维复合材料 (CFR P ) 的发展历程
纤维增强聚合物复合材料FR P ( F iber R e inforced Po lym er ) 问世于 20 世纪 40 年代. C FR P 最开始由美国制 造 . 1950 年, 美国空军基地在2 000 ℃高温下牵引人造丝得到CFR P [ 30]. 1959 年美国联合碳化公司以粘胶纤维为 原丝制成纤维素基 CFR P ; 1962 年 , 日本碳素公司实现低模量聚丙烯腈基 CFR P 的工业化生产; 1963 年英国航 空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基 CFR P ; 1965 年日本群马大学试制造出沥青或木质素为原料的通用型 CFR P; 1969 年 , 日本大谷杉郎从特殊的共聚 PAN 中生产出高强、 高弹模的 CFR P ( 芳香族聚酰胺纤维 ) ; 1970 年, 日本吴羽化学公司实现沥青基纤维的工业规模生产; 1972 年, 美国杜邦公司生产出密度为 1. 2～ 1. 5 t�m 3 强度达 3 000M Pa 的A ram id ( 阿拉米德) CFR P; 1980 年美国金刚砂公司研制出酚醛纤维为原丝的活性碳纤维 并投放市场; 1996 年全世界碳纤维总生产量已达 17 000 t, 其中聚丙烯腈基纤维占 85% , 其余是沥青基纤维 . 2002 年世界聚丙烯腈基碳纤维的生产能力约为 3. 1 万 t, 其中 75% 是小丝束碳纤维 , 25% 是大丝束碳纤维 . 1996 ～ 2000 年世界高性能碳纤维的生产能力详见表 1. 碳纤维材料主要由日本生产, 美国其次. 其他国家产量很少.
(C ent ral Sou th U niversit y of F o res try and T echnology, C hang sh a 41004, Hu nan , Ch ina)
Abstra ct: A s a new m at erial, CF R P has an excellent m echanica l p rop ert ies and phy sical p roper ties, w hich w as app lied and researched
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根据原料和制造方法的不同 , CFR P 分为 PAN 系C FR P 和沥青系 CFR P 两大类. 目前在工程中应用的CFR P 是 由多股连续纤维与树脂胶合后经过挤压和拉拔成型得到的 .
表 1 1996 ～ 2002 年世界高性能碳纤维的生产能力[22]
Ta ble 1 The Ca pa c ity Pr oduct ion of h igh perf orm an ce of CFR P f rom 1996 to 2002 分类 制造商 东丽 ( TORA Y ) 其中东丽日本 东丽法国 东丽美国 东邦 ( TO HO ) 其中东邦日本 东邦德国 三菱 (M R C) 其中三菱日本 三菱美国
1 碳纤维复合材料 (CFR P ) 的发展历程
纤维增强聚合物复合材料FR P ( F iber R e inforced Po lym er ) 问世于 20 世纪 40 年代. C FR P 最开始由美国制 造 . 1950 年, 美国空军基地在2 000 ℃高温下牵引人造丝得到CFR P [ 30]. 1959 年美国联合碳化公司以粘胶纤维为 原丝制成纤维素基 CFR P ; 1962 年 , 日本碳素公司实现低模量聚丙烯腈基 CFR P 的工业化生产; 1963 年英国航 空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基 CFR P ; 1965 年日本群马大学试制造出沥青或木质素为原料的通用型 CFR P; 1969 年 , 日本大谷杉郎从特殊的共聚 PAN 中生产出高强、 高弹模的 CFR P ( 芳香族聚酰胺纤维 ) ; 1970 年, 日本吴羽化学公司实现沥青基纤维的工业规模生产; 1972 年, 美国杜邦公司生产出密度为 1. 2～ 1. 5 t�m 3 强度达 3 000M Pa 的A ram id ( 阿拉米德) CFR P; 1980 年美国金刚砂公司研制出酚醛纤维为原丝的活性碳纤维 并投放市场; 1996 年全世界碳纤维总生产量已达 17 000 t, 其中聚丙烯腈基纤维占 85% , 其余是沥青基纤维 . 2002 年世界聚丙烯腈基碳纤维的生产能力约为 3. 1 万 t, 其中 75% 是小丝束碳纤维 , 25% 是大丝束碳纤维 . 1996 ～ 2000 年世界高性能碳纤维的生产能力详见表 1. 碳纤维材料主要由日本生产, 美国其次. 其他国家产量很少.
浅议纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用
浅议纤维增强复合材料(FRP)在土木工程中的应用摘要：21世纪以来，FRP结构发展势头迅猛。
无论是单独使用FRP材料作为建筑结构，还是与传统的建筑材料混合使用都取得了良好的成效。
FRP作为一种优质的建筑材料，以其特有的优势，受到越来越多的关注。
通过对FRP材料的特性以及应用进行系统的整理，进一步探讨了FRP发展的趋势。
关键词：FRP-混凝土预制板；FRP材料；GFRP筋；结构加固纤维增强复合材料(FRP)是由基体材料与纤维材料经过混合并加工形成的高性能材料。
这种材料首先在航空、航天领域得到的应用。
其中比较常用的FRP有碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP)[1]。
20世纪50-60年代开始应用于土木与建筑工程结构，随后以其轻质高强，耐腐蚀性强，可塑性强等优点，迅速得到了工程师们的青睐。
一、FRP材料及结构的特点（一）FRP的优点1．轻质高强。
这是FRP材料最为突出的特点，钢材的比强度只是FRP的1/20-1/50。
因此，充分利用这一特性，可用于大跨度桥梁桥面板的结构。
2.可塑性高。
由于FRP材料属于纤维和树脂复合的材料，看可以通过改变纤维或者树脂的种类及数量生产出适合于不同环境的FRP产品。
改变生产工艺也是一个较为成熟的方法。
3.耐腐蚀性好。
FRP可以在酸，碱，冻融状态等环境下长期使用。
（二）FRP的特性在工程中的不足1.各向异性。
因为FRP材料是由纤维为主要受力结构，所以与纤维垂直的方向抗拉强度极小，与之相反，沿着纤维方向的抗拉强度极大。
此外，这也带来了与传统的钢筋混凝土材料不同的拉伸翘曲现象。
2.紫外线对CFRP与混凝土的粘结性能的影响。
混凝土结构的加固作用需要有CFRP片材的帮助，那么CFRP与混凝土之间有足够的的粘结性就显得尤为重要。
试验表明紫外线会对粘结性产生影响。
3.FRP结构连接处力学性能不强。
FRP抗拉强度好，抗挤压刚度不足，然而该材料不同于钢材，FRP材料抗剪性能不高，使得高强度FRP复合材料预应力筋或拉索在锚固处需要注意的问题变得特别的多。
CFRP-钢管RPC的研究现状及进展
CFRP-钢管RPC的研究现状及进展摘要：介绍了碳纤维增强复合材料钢管活性粉末混凝土的国内外的研究现状，阐述了CFRP钢管活性粉末混凝土的承载能力、塑性和抗震性能、经济效果，探讨了CFRP钢管活性粉末混凝土在长期荷载作用下、高温环境、整体建筑结构、地震作用下应当注意的问题，为该新型结构的科研发展方向提供了参考意见。
关键词：CFRP；钢管；活性粉末混凝土；研究进展概述随着社会的不断发展，钢管混凝土结构已逐渐成为工程中常用的建筑结构[1]。
因此，钢管混凝土的修复加固也成为日趋重要的研究方向。
碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）具有轻质、抗拉强度高、耐久性好等优点，所以在土木工程领域中得到了广泛的应用，被应用于一般的民用建筑结构及桥梁、等建筑结构中。
CFRP钢管活性粉末混凝土是以CFRP为外壁，内壁为钢材并向内浇筑活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，简称RPC）的复合结构。
CFRP钢管活性粉末混凝土既能发挥钢管混凝土和CFRP各自的优良性能，又能体现它们之间协同工作的特点。
因此将CFRP钢管混凝土结构的应用对土木工程和社会的建设发展具有重大的意义。
1 CFRP钢管RPC的性能CFRP钢管RPC集聚了钢管、RPC和CFRP三种材料的优异性能。
外壁缠绕的CFRP约束了内部的钢管RPC，提升了核心混凝土的承压能力，同时钢管RPC使得碳纤维抗拉强度较高的特点得到了充分发挥。
CFRP钢管RPC的性能如下：1.1 承载能力高核心混凝土RPC的存在可以避免薄壁钢管过早的发生局部屈曲，钢管对核心RPC起到了较强的约束作用，从而大幅度的提高其抗压强度。
当钢管受到核心混凝土的径向力发生径向变形时，CFRP可以通过对钢管的环向的紧箍作用来抑制钢管的径向变形，最终达到增大核心混凝土轴压承载力的目的，大大提高了核心混凝土的承载力。
1.2 塑性和抗震性能好钢管混凝土本身具有塑性和韧性好的优点，但是混凝土为脆性材料，对于RPC这样的高强度混凝土更是如此。
2023年碳纤维复合材料行业市场环境分析
2023年碳纤维复合材料行业市场环境分析随着全球经济的发展，在许多行业中，碳纤维复合材料（CFRP）已成为非常重要的材料。
CFRP由碳纤维和树脂基材料组合而成，具有轻量化、高强度、高耐腐蚀性、良好的疲劳性能和优异的刚度。
因此，它被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等领域。
市场环境分析：1. 消费者需求不断增长随着可持续发展的趋势，消费者对环保、节能、高品质的需求越来越高，这为CFRP 的广泛应用提供了机会。
例如，在汽车和航空领域，为了降低能耗、减少排放、提高性能，CFRP已经成为制造轻量化的重要解决方案。
2. 政策支持提高市场规模许多国家已经制定了政策鼓励以及对CFRP的发展进行了资金支持。
例如，美国能源部正在为汽车领域CFRP的研发提供3亿美元的资金支持，鼓励其广泛应用于汽车制造中。
这些政策和资金支持将进一步提高CFRP的市场规模。
3. 制造技术的发展加速了市场进程CFRP的制造技术越来越成熟，越来越多的公司在投入研发方面进行了重大投资。
例如，BMW、奥迪等汽车厂商已经投入数亿美元用于CFRP的生产，而NASA和空客等航天和航空公司也在持续大规模投入CFRP的研发和制造。
4. 市场竞争日趋激烈在CFRP的应用领域，竞争对手越来越多，市场竞争日趋激烈。
因此，企业必须通过提供高品质、低成本的产品来占领市场份额。
随着制造技术的不断进步，越来越多的企业将进入CFRP制造行业，从而进一步加剧市场竞争。
总之，CFRP在未来的市场环境中将继续保持强劲的增长态势，随着技术的不断进步和政策支持的增加，CFRP的应用领域将越来越广泛，并促进市场规模的持续扩大。
然而，企业必须不断提高产品品质、降低生产成本、强化市场竞争能力才能在市场中获得成功。
frp复合材料在工程中的应用及其前景
團厦迥皂邑_________^材料I m———二.—FRP复合材料在工程中的应用及其前景王建翎（华北水利水电大学，河南郑州450000）摘要:钢结构、钢筋混凝土结构、木结构、砖石结构在工程中应用广泛，但各材料存在或自重大,或耐久性不足等缺点，甚至成为工程安全隐患，因而限制了其应用范围。
随着城市化进程的稳步提升，工程相关产业蓬勃发展,FRP复合材料以其轻质高强，耐腐蚀，弹性性能好，易成型等优势受到广大工程建设者的青睐,在工程中发挥着重要作用。
以FRP复合材料为研究对象，结合FRP材料性能上的特点，介绍了现阶段国内外FRP复合材料应用情况，并展望了其未来的发展，为传统材料性能上的不足提出新的解决方案。
关键词:复合材料;FRP应用；强度;腐蚀文章编号：2095-4085（2020）02-0012-03纤维增强复合物（Fiber Reinforced Polymer）简称FRP复合材料，它源自上世纪四十年代，应用于船舶化工、航空航天、机械交通等领域。
二十世纪七十年代，FRP复合材料以其密度小，耐腐蚀，抗拉强度高等优点受到工程师们的重视，被应用于桥梁结构及房屋建筑修复与加固。
1982年，我国在北京密云采用FRP建成第一座简支公路桥，阪神地震后FRP 常被用于工程加固。
纤维复合材料是把树脂聚合物（如环氧树脂、不饱和树脂、乙烯基酯树脂等）作为基底材料，高性能的纤维作为增强材料与之胶合凝固，高温固化并加以挤压，拉伸成型的新型复合材料，其中纤维是主要受力单元，纤维丝的含量越高，抗拉强度随之越高，如GFRP抗拉强度达到钢筋屈服强度的两倍，但随着纤维含量的增加，材料的延性会受到影响⑴。
按增强材料的材质主要可划分为CFRP（碳纤维增强复合材料），AFRP（芳纶纤维增强复合材料），GFRP（玻璃 纤维增强复合材料），BFRP（玄武岩纤维增强复合材料）等。
基于其力学性质，可以将其制成多种材料形式，主要有片材（纤维布和板），棒材（筋材和索材），型材（格栅型、工字型、蜂窝型）。
CFRP复合材料在加固混凝土结构中的应用现状
度 等进 行 了观察 Ｉ。盛光 复等 人通过 外部 粘 ・ Ｉ 贴 碳纤维 布加 固钢筋 混凝 土梁 剪弯段 ，研 究 碳 纤维 条不 同粘贴 高度和 开 口端 有无 压条 的 不 同情 况的梁 的抗 剪破坏特 征 、受剪 承载 力 及影 响 因素进 行 了研 究与 分析 ，并将试 验结 果 与规程 的设 计计算 值进 行 了比较 ；李忠 ｌ 献 等通过 对碳 纤维加 固粱抗 扭性 能研 究 ，应 用 变角度 空 间桁架模 型对 箱梁模 型的抗 扭承 载 力进行 理论 计算 ，并与试 验结 果进行 比较 ｉ 李源 等 人对普 通 钢筋 混凝 土 梁和 预应 力 ， ｌ ２Ｃ Ｒ 复 合材料在 加 固混凝土 结构 中的 混 凝土 梁进行 了加 固后的疲 劳试 验研 究。试 ＦＰ 验 研 究 表 明 ，碳 纤 维 布 加 固的 混凝 土 梁 经 应用现状 ＣＲ Ｆ Ｐ用 干混凝 土结 构加 固修补 的研究 ２ ０万次疲 劳后 ，强度和 刚度 不 会降低 ，不 ０ 始于 ２ ０世纪 ８ ０年代 美 、 日等发 达 国家 ，８ 会 发生剥 落和 脆断现 象 ，完全符 合实 用要求 ０ 年 代 末及 ９ ０年 代 初 ， 日本的 众 多大学 、科 ｌ４ ｌ 研 机构 、材料 生产 厂家相继 进行 大量 了的研 ２２ ． 板 板作 为一种 重要 的受 弯构 件 ，在加 固领 究 。Ｃ Ｒ Ｆ Ｐ以 其优 异的 力学 性能 、简便的 施 工工艺 、良好 的耐腐 蚀和耐 久性 得到 了普遍 域 同样得 到研究 人 员和工程 师们 的审视 。主 的认 同。特 别是在 日本阪 神大地 震以 后 ，用 要 研 究 板 存 使 用碳 纤 维 加 崮 后 承载 力的 改
摘 要： 介绍 了碳 纤维增强聚 合物（ Ｐ） ＣＩ Ｒ 材料 的性能 、特点 ， 在混凝 上结构加 固领 域的应用及方 法 ，综述 了此种 新型加 固方法 在国内外的研 究 及应 用现状 ， 蚪种新型 的加固技 术。 ＣＦ Ｒ Ｐ材料 以其轻 质、高强 、适用面 广 、耐久 性 好 、抗 腐 蚀 等优 越 的性 能 Ｔ 在 为 人 们广 泛 接受 。 Ｆ 关键词 ：Ｃ ＲＰ 混凝 ｔ Ｆ 结构 加固 中图分类号 ： Ｔｕ５ ９ ９ 文献标识码 ： Ａ
四种常用FRP材料特性及其应用现状
四种常用FRP材料特性及其应用现状作者：欧盈来源：《科学导报·学术》2019年第23期摘 ;要：FRP是一种高性能复合材料，是当下土木工程领域中一个新的热点研究内容，本文就四种常用FRP的材料特性及其应用现状进行简要介绍。
关键词：CFRP;GFRP;BFRP;AFRP纤维增强复合材料（FRP）是由高性能纤维与基体材料根据一定比例混合，并经过一定工艺复合而成的一种新型复合材料，具有轻质、高强、耐久性好、耐腐蚀性好、可设计性强等优点，广泛应用于航空、航天、船舶、汽车、化工、医学和机械等领域。
近年来，FRP依靠其自身的优异性能，在土木工程领域备受关注，已成为结构加固和修复工程中使用的重要材料之一，多应用于混凝土构件，也可用作其他复合材料中的增强体。
常用的FRP包括碳纤维增强复合材料（CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（GFRP）、玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）和芳纶纤维增强复合材料（AFRP）。
1 CFRP碳纤维增强复合材料（CFRP）是以碳纤维为主要成分，树脂为基体材料，通过将碳纤维单向排列并按一定成型方法形成的复合材料，具有质量轻、抗拉强度高、耐久性好、耐腐蚀性强、施工简便等特点。
其抗拉强度约为3400MPa，弹性模量介于2.3×105 MPa～3.9×105MPa 之间[1]。
与钢材相比，CFRP的弹性模量高于钢材，其抗拉强度约为钢材的10倍，比强度可达钢材的20倍，但重量仅约为钢材的1/5。
同时，CFRP具有较好的疲劳性能，疲劳极限约为静荷强度的70%～80%[2]。
CFRP因其优异的性能，在宇航工业、航空工业、交通运输以及土木建筑方面得到了广泛应用。
在建筑工程中，CFRP的应用形式包括CFRP布、CFRP板、CFRP筋等。
CFRP布因其材质轻巧，外观效果及力学性能好，在加固与修复工程中备受青睐，主要用于构件受拉区，承受拉应力，多用于钢筋混凝土梁、板、柱的加强加固，可大幅度提高其承载能力。
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在抗压加固时，将 CFRP 封闭缠绕在柱子上，提 高柱子的抗震性能。对受压的混凝土构件进行 CFRP 加固，可分为二种方式——整体环向包裹和 分条环向包裹；其受力机理是利用碳纤维环向高抗 拉强度来限制受压构件径向变形，从而提高构件的 受压承载力。赵海东［5］等通过碳纤维布缠绕钢筋混 凝土圆柱的轴心受压试验研究发现，加固后柱的极 限承载力与延性有明显的增加，增加幅度与碳纤维 布的规格和层数有关；而且最终的破坏形态一般为 纤维布在柱的棱角处被剪坏，具有一定的突然性，但 破坏前有声音预兆，使破坏具有可预测性。
3 CFRP 加固技术研究动态与前景
实践证明，CFRP 加固技术可以有效地改善结 构的受力性能，提高构件的使用寿命，是一种比较理 想的加固方法，为更加完善这项技术的理论基础，推 广这项技术在工程上的应用，还需要进行以下几方 面的研究：
（1）构件加固后极限状态下的破坏形式多数是 粘结破坏，其破坏机理比较复杂，目前这方面的研 究还很不充分，因此，关于碳纤维加固混凝土的结 构界面力学性能及长期受力性能是一个值得深入研 究的课题。
抗剪加固主要是将碳纤维片材（一般采用的是 碳纤维布）粘贴于构件的剪跨区，起到与箍筋类似 的作用，以提高构件的抗剪承载力，加固的原理是 利用碳纤维布对混凝土的约束来抑制剪切裂缝的开 裂和发展。在抗剪加固中，将 CFRP 沿混凝土受拉 主应力方向粘贴，来提高构件的抗剪能力；但为施工 方便，工程上经常采用将 CFRP 与构件纵轴方向垂 直 的 加 固 方 式 。 赵 彤 [4] 等 通 过 改 变 试 验 梁 的 配 箍 率、剪跨比、碳纤维布的层数、布带的宽度及布带的 间距等参数，对 12 片加固与未加固梁进行了系统的 抗剪承载力试验研究。试验结果表明：（1）梁的配箍 率越低，受剪承载力提高程度就越大；（2）在其它试 验参数均相同的情况下，剪跨比较大的加固梁，其加 固效果更加明显，破坏形态也从脆性的斜拉破坏转 变为变形性能稍好的剪压破坏；（3）碳纤维布层数越 多，布带宽度越大或间距越小，则加固梁的抗剪承载 力提高得越多；（4）在碳纤维布用量相同的情况下， 布条间距小的方案要优于布条层数多的方案。另 外，试验还指出用碳纤维布加固梁时，碳纤维条之间 的距离不宜过大，否则不但起不到良好的加固效果， 反而会降低原构件的抗剪能力。
- 64 -
2010 年第 1 期
王 奇：CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
工艺装备
在修复旧有的民用建筑中，由于 CFRP 材料本 身具有良好的耐疲劳性能，且材质轻，施工方便，所 以可采用 CFRP 对混凝土柱进行抗弯、抗压、抗震加 固，在 2006 年建设并投产的湖南怀化金大地水泥有 限公司 2 500 t/d 生产线中，石灰石预均化输送中转 框架柱由于原设计截面偏小，就是采用的 CFRP 对 柱子截面进行抗弯加固；对梁板结构抗弯、抗剪加 固；对楼板、墙板的开洞加固；还可对混凝土屋架进 行加固等等，都起到了很好的效果。如北京民族文 化宫屋盖加固，南京新街口百货商店的改造工程等 都采用了 CFRP 材料。
常用的钢结构补强方法是加焊型钢和钢板，这 种方法会在一定程度上增加结构的尺寸，造成结构 重量的增加和刚度的改变，导致结构的内力重新分 布，并且在施工上要借助机械设备，特别是在高空 作业时，带有一定的难度和危险性。而采用碳纤维 布进行加固补强，可手工完成，并且具有良好的耐 腐蚀性，不会出现钢板加固后的锈蚀现象。
1 CFRP 加固技术的技术特点
相对于传统加固技术，碳纤维加固技术具有以 下优势。
（1）高强质轻。碳纤维复合材料的密度不足钢 材的 1/5，强度却是钢材的 8~10 倍；碳纤维布质量轻
且厚度薄 ，经加固修补的构件 ，基本上不增加结构 的自重和尺寸 ，也不会减少建筑物的使用空间。
（2）耐久性好。碳纤维复合材料是一种良好的 绝缘材料，具有良好的耐碱、酸、盐等化学介质腐蚀 的能力。这种特性使碳纤维加固技术在腐蚀环境下 进行加固有很大优势。
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工艺装备
王 奇：CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
抗拉承载力高的特性，将碳纤维布粘贴在构件的受 拉面，使之与混凝土共同承受荷载，以提高构件的 受弯承载力，从而达到对构件的抗弯加固的目的。 目前，国内主要研究加固度[2]、加固方式、构件配筋[3] 及损伤情况等对加固后构件的性能影响，发现影响 碳纤维布加固效果的主要因素有：碳纤维布的用量、 加固区段的范围、混凝土强度、配筋率、碳纤维布端 部锚固情况以及加固前构件的受载情况等，通过粘 贴 CFRP 可以有效地提高构件的抗弯承载力，尤其 是构件的极限承载力，增加构件的延性，使构件的破 坏模式向有益的方向发展。
王 奇：CFRP 材料在土木工程中Q172
文献标识码: B
文章编号: 1007-0389(2010)01-63-03
CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
王 奇（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）
摘 要：碳纤维复合材料（简称 CFRP）是一种高性能材料,其在建筑结构加固技术中的应用优势显著。在综合介绍 CFRP 加固 技术的技术特点基础上，重点就该加固技术在混凝土结构加固、钢结构加固和砌体结构加固方面的研究进展和应用情况进行 了综述性的介绍，并对 CFRP 在工程加固领域的应用前景加以展望。 关键词：结构加固，CFRP，混凝土结构，钢结构，砌体结构 Application state of Carbon Fiber Reinforced Polymers in strengthening technology of civil engineering Wang Qi (Hefei Cement Research and Design Institute, Hefei, Anhui, 230051) Abstract: Carbon fiber reinforced polymer laminate (CFRP) is a high performance material which has observable application predomi⁃ nance in build structure reinforcing technology. Firstly introduced its characteristics, and then expatiated on the application of CFRP in reinforcing concrete structure, steel structure and brick structure. Finally, gave the application prospect of CFRP in reinforcing engi⁃ neering . Key words: structure strengthening；CFRP；concrete structure；steel structure；brick structure
抗疲劳加固。目前对 CFRP 在疲劳加固领域的
应用研究主要是抗弯疲劳加固[6-7]，也有很少实验是 涉及抗剪疲劳加固[8]的。试验结果表明：在抗弯加 固领域，与未加固梁相比，加固梁的挠度和裂缝宽度 减小，混凝土梁的静载极限强度和疲劳极限强度都 得到了提高，由于钢筋应力减小，CFRP 加固构件的 疲劳寿命得到有效地提高。 2.2 在加固钢结构中的应用研究
砖混结构在我国得到广泛应用，对已建砖混建 筑的加固与修复，是建筑工程界普遍关心的热点问 题。而采用粘贴碳纤维布对砖砌体进行加固与修复 是最近出现的一种加固方法，在国际上仍处于试验 研究的初始阶段，在国内对该项技术的研究也很 少。目前国内主要采用伪静力试验水平加载方法， 研究 CFRP 加固后墙体的抗剪、抗震性能[13-14]。研究 表明加固后墙体的开裂荷载、极限荷载和极限位移 等得到明显提高，加固后变形能力和耗能能力得到 提高，墙体的抗震性能得到明显改善，证明 CFRP 加 固砌体结构的可靠性。但是由于材料力学性能差异 及经济等原因，目前这项技术还有许多待解决的问 题：如何合理选择 CFRP 的加固用量及加固形式，达 到最高的性价比等。
2 CFRP 材料加固技术研究现状
迄今为止，碳纤维加固技术主要应用在以下几 个方面。 2.1 在混凝土工程中的应用研究
因工程中遇到的主要是对混凝土工程进行加 固，所以目前对混凝土抗弯、抗剪加固及柱的抗震加 固研究和运用最多，相应的计算理论也最成熟。
应用碳纤维布进行抗弯加固主要是利用碳纤维
2010 年第 1 期
（3）耐疲劳性能好。一般金属的耐疲劳强度是 其拉伸强度的 40％~50％，而 CFRP 材料的疲劳强度 为其拉伸强度的 70％~80％。
（4）减震性能好。CFRP 自振频率高，可避免早 期共振，同时其内阻较大，一旦激振后可迅速衰减。
（5）无电磁感应。 （6）适用面广、便于施工 。碳纤维布可以任意 地裁剪，所以这种加固技术可以广泛地运用于各种 结构类型、各种结构形状和结构的各个部位 ，且不 改变结构形状、不影响结构外观。施工时不需要大 型的机械设备 ，占用施工场地少 ，没有湿作业 ，工 效极高。
CFRP 加固修复钢结构主要有以下几种形式： 在梁的受拉面粘贴 CFRP 片材，提高其抗弯承载力 和抗弯刚度 ；在 ［9-10］ 梁的腹板粘贴 CFRP 片材，提高 其抗剪承载力；对疲劳损伤钢结构进行加固，提高剩 余疲劳寿命［11］；CFRP 布环向缠绕钢管柱，避免钢管 的局部失稳，提高柱的抗压承载能力；对钢结构节点 的 加 固 以 及 结 构 耐 久 性 加 固 等 ［12］ 。 研 究 表 明 ， CFRP 加固钢结构可以在一定程度上提高原有结构 的刚度和承载能力，显著提高疲劳损伤钢结构的疲 劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展，另外对构件的耐久性 也有很大的帮助。因此采用 CFRP 对钢结构进行加 固是一种很有前途的加固方法，并且会逐渐成为新 的研究热点。但目前国内外对加固钢结构胶粘剂材 料的研究较少，成为制约这项技术应用的主要问题， 应加强这方面的研究。 2.3 在加固砌体和混凝土结构中的应用研究
3 CFRP 加固技术研究动态与前景
实践证明，CFRP 加固技术可以有效地改善结 构的受力性能，提高构件的使用寿命，是一种比较理 想的加固方法，为更加完善这项技术的理论基础，推 广这项技术在工程上的应用，还需要进行以下几方 面的研究：
（1）构件加固后极限状态下的破坏形式多数是 粘结破坏，其破坏机理比较复杂，目前这方面的研 究还很不充分，因此，关于碳纤维加固混凝土的结 构界面力学性能及长期受力性能是一个值得深入研 究的课题。
抗剪加固主要是将碳纤维片材（一般采用的是 碳纤维布）粘贴于构件的剪跨区，起到与箍筋类似 的作用，以提高构件的抗剪承载力，加固的原理是 利用碳纤维布对混凝土的约束来抑制剪切裂缝的开 裂和发展。在抗剪加固中，将 CFRP 沿混凝土受拉 主应力方向粘贴，来提高构件的抗剪能力；但为施工 方便，工程上经常采用将 CFRP 与构件纵轴方向垂 直 的 加 固 方 式 。 赵 彤 [4] 等 通 过 改 变 试 验 梁 的 配 箍 率、剪跨比、碳纤维布的层数、布带的宽度及布带的 间距等参数，对 12 片加固与未加固梁进行了系统的 抗剪承载力试验研究。试验结果表明：（1）梁的配箍 率越低，受剪承载力提高程度就越大；（2）在其它试 验参数均相同的情况下，剪跨比较大的加固梁，其加 固效果更加明显，破坏形态也从脆性的斜拉破坏转 变为变形性能稍好的剪压破坏；（3）碳纤维布层数越 多，布带宽度越大或间距越小，则加固梁的抗剪承载 力提高得越多；（4）在碳纤维布用量相同的情况下， 布条间距小的方案要优于布条层数多的方案。另 外，试验还指出用碳纤维布加固梁时，碳纤维条之间 的距离不宜过大，否则不但起不到良好的加固效果， 反而会降低原构件的抗剪能力。
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2010 年第 1 期
王 奇：CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
工艺装备
在修复旧有的民用建筑中，由于 CFRP 材料本 身具有良好的耐疲劳性能，且材质轻，施工方便，所 以可采用 CFRP 对混凝土柱进行抗弯、抗压、抗震加 固，在 2006 年建设并投产的湖南怀化金大地水泥有 限公司 2 500 t/d 生产线中，石灰石预均化输送中转 框架柱由于原设计截面偏小，就是采用的 CFRP 对 柱子截面进行抗弯加固；对梁板结构抗弯、抗剪加 固；对楼板、墙板的开洞加固；还可对混凝土屋架进 行加固等等，都起到了很好的效果。如北京民族文 化宫屋盖加固，南京新街口百货商店的改造工程等 都采用了 CFRP 材料。
常用的钢结构补强方法是加焊型钢和钢板，这 种方法会在一定程度上增加结构的尺寸，造成结构 重量的增加和刚度的改变，导致结构的内力重新分 布，并且在施工上要借助机械设备，特别是在高空 作业时，带有一定的难度和危险性。而采用碳纤维 布进行加固补强，可手工完成，并且具有良好的耐 腐蚀性，不会出现钢板加固后的锈蚀现象。
1 CFRP 加固技术的技术特点
相对于传统加固技术，碳纤维加固技术具有以 下优势。
（1）高强质轻。碳纤维复合材料的密度不足钢 材的 1/5，强度却是钢材的 8~10 倍；碳纤维布质量轻
且厚度薄 ，经加固修补的构件 ，基本上不增加结构 的自重和尺寸 ，也不会减少建筑物的使用空间。
（2）耐久性好。碳纤维复合材料是一种良好的 绝缘材料，具有良好的耐碱、酸、盐等化学介质腐蚀 的能力。这种特性使碳纤维加固技术在腐蚀环境下 进行加固有很大优势。
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工艺装备
王 奇：CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
抗拉承载力高的特性，将碳纤维布粘贴在构件的受 拉面，使之与混凝土共同承受荷载，以提高构件的 受弯承载力，从而达到对构件的抗弯加固的目的。 目前，国内主要研究加固度[2]、加固方式、构件配筋[3] 及损伤情况等对加固后构件的性能影响，发现影响 碳纤维布加固效果的主要因素有：碳纤维布的用量、 加固区段的范围、混凝土强度、配筋率、碳纤维布端 部锚固情况以及加固前构件的受载情况等，通过粘 贴 CFRP 可以有效地提高构件的抗弯承载力，尤其 是构件的极限承载力，增加构件的延性，使构件的破 坏模式向有益的方向发展。
王 奇：CFRP 材料在土木工程中Q172
文献标识码: B
文章编号: 1007-0389(2010)01-63-03
CFRP 材料在土木工程中的应用现状及前景
王 奇（合肥水泥研究设计院，安徽 合肥 230051）
摘 要：碳纤维复合材料（简称 CFRP）是一种高性能材料,其在建筑结构加固技术中的应用优势显著。在综合介绍 CFRP 加固 技术的技术特点基础上，重点就该加固技术在混凝土结构加固、钢结构加固和砌体结构加固方面的研究进展和应用情况进行 了综述性的介绍，并对 CFRP 在工程加固领域的应用前景加以展望。 关键词：结构加固，CFRP，混凝土结构，钢结构，砌体结构 Application state of Carbon Fiber Reinforced Polymers in strengthening technology of civil engineering Wang Qi (Hefei Cement Research and Design Institute, Hefei, Anhui, 230051) Abstract: Carbon fiber reinforced polymer laminate (CFRP) is a high performance material which has observable application predomi⁃ nance in build structure reinforcing technology. Firstly introduced its characteristics, and then expatiated on the application of CFRP in reinforcing concrete structure, steel structure and brick structure. Finally, gave the application prospect of CFRP in reinforcing engi⁃ neering . Key words: structure strengthening；CFRP；concrete structure；steel structure；brick structure
抗疲劳加固。目前对 CFRP 在疲劳加固领域的
应用研究主要是抗弯疲劳加固[6-7]，也有很少实验是 涉及抗剪疲劳加固[8]的。试验结果表明：在抗弯加 固领域，与未加固梁相比，加固梁的挠度和裂缝宽度 减小，混凝土梁的静载极限强度和疲劳极限强度都 得到了提高，由于钢筋应力减小，CFRP 加固构件的 疲劳寿命得到有效地提高。 2.2 在加固钢结构中的应用研究
砖混结构在我国得到广泛应用，对已建砖混建 筑的加固与修复，是建筑工程界普遍关心的热点问 题。而采用粘贴碳纤维布对砖砌体进行加固与修复 是最近出现的一种加固方法，在国际上仍处于试验 研究的初始阶段，在国内对该项技术的研究也很 少。目前国内主要采用伪静力试验水平加载方法， 研究 CFRP 加固后墙体的抗剪、抗震性能[13-14]。研究 表明加固后墙体的开裂荷载、极限荷载和极限位移 等得到明显提高，加固后变形能力和耗能能力得到 提高，墙体的抗震性能得到明显改善，证明 CFRP 加 固砌体结构的可靠性。但是由于材料力学性能差异 及经济等原因，目前这项技术还有许多待解决的问 题：如何合理选择 CFRP 的加固用量及加固形式，达 到最高的性价比等。
2 CFRP 材料加固技术研究现状
迄今为止，碳纤维加固技术主要应用在以下几 个方面。 2.1 在混凝土工程中的应用研究
因工程中遇到的主要是对混凝土工程进行加 固，所以目前对混凝土抗弯、抗剪加固及柱的抗震加 固研究和运用最多，相应的计算理论也最成熟。
应用碳纤维布进行抗弯加固主要是利用碳纤维
2010 年第 1 期
（3）耐疲劳性能好。一般金属的耐疲劳强度是 其拉伸强度的 40％~50％，而 CFRP 材料的疲劳强度 为其拉伸强度的 70％~80％。
（4）减震性能好。CFRP 自振频率高，可避免早 期共振，同时其内阻较大，一旦激振后可迅速衰减。
（5）无电磁感应。 （6）适用面广、便于施工 。碳纤维布可以任意 地裁剪，所以这种加固技术可以广泛地运用于各种 结构类型、各种结构形状和结构的各个部位 ，且不 改变结构形状、不影响结构外观。施工时不需要大 型的机械设备 ，占用施工场地少 ，没有湿作业 ，工 效极高。
CFRP 加固修复钢结构主要有以下几种形式： 在梁的受拉面粘贴 CFRP 片材，提高其抗弯承载力 和抗弯刚度 ；在 ［9-10］ 梁的腹板粘贴 CFRP 片材，提高 其抗剪承载力；对疲劳损伤钢结构进行加固，提高剩 余疲劳寿命［11］；CFRP 布环向缠绕钢管柱，避免钢管 的局部失稳，提高柱的抗压承载能力；对钢结构节点 的 加 固 以 及 结 构 耐 久 性 加 固 等 ［12］ 。 研 究 表 明 ， CFRP 加固钢结构可以在一定程度上提高原有结构 的刚度和承载能力，显著提高疲劳损伤钢结构的疲 劳寿命，延缓疲劳裂纹的扩展，另外对构件的耐久性 也有很大的帮助。因此采用 CFRP 对钢结构进行加 固是一种很有前途的加固方法，并且会逐渐成为新 的研究热点。但目前国内外对加固钢结构胶粘剂材 料的研究较少，成为制约这项技术应用的主要问题， 应加强这方面的研究。 2.3 在加固砌体和混凝土结构中的应用研究