碳纤维增强水泥材料的性能实验分析

混凝土中添加碳纤维的强度特性研究I. 引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，其强度和耐久性是设计和使用中非常关键的因素。

然而，随着人们对建筑结构的需求越来越高，混凝土的强度和耐久性也需要不断提高。

近年来，添加碳纤维成为提高混凝土强度和耐久性的一种有效手段。

II. 碳纤维的特点及应用碳纤维是一种由碳元素构成的纤维材料，具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀等特点。

在混凝土中添加碳纤维可以有效提高混凝土的抗裂性能、抗冲击性能、抗渗透性能和耐久性能。

III. 混凝土中添加碳纤维的影响因素混凝土中添加碳纤维的强度特性受到多种因素的影响，包括碳纤维的种类、添加量、长度和分散性等。

其中，添加量是影响混凝土强度的主要因素。

适量添加碳纤维可以有效提高混凝土的弯曲和抗拉强度，但添加量过高会导致混凝土的韧性下降。

IV. 碳纤维对混凝土强度的影响混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的弯曲和抗拉强度。

研究表明，添加适量的碳纤维可以提高混凝土的弯曲和抗拉强度，但添加量过高会导致混凝土的韧性下降。

此外，碳纤维的长度和分散性对混凝土强度也有一定的影响。

V. 实验设计1. 实验目的：研究碳纤维对混凝土强度的影响。

2. 实验材料：水泥、砂子、碎石、碳纤维。

3. 实验方法：制备不同含量的碳纤维混凝土试件，测定其弯曲和抗拉强度。

4. 实验步骤：（1）制备混凝土试件：按照一定配比制备混凝土试件。

（2）添加碳纤维：将不同含量的碳纤维加入混凝土中，并充分搅拌均匀。

（3）浇筑试件：将混凝土浇筑至模具中，并充分振实。

（4）养护试件：养护试件，待混凝土充分硬化后进行测试。

（5）测试弯曲和抗拉强度：使用万能试验机测试试件的弯曲和抗拉强度。

5. 实验结果：根据测试结果绘制弯曲和抗拉强度曲线。

VI. 实验结果分析通过实验测试，得到了不同含量碳纤维混凝土试件的弯曲和抗拉强度曲线。

分析结果发现，添加适量的碳纤维可以提高混凝土的弯曲和抗拉强度，但添加量过高会导致混凝土的韧性下降。

碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究一、前言碳纤维增强混凝土是一种新型的复合材料，它将碳纤维与混凝土相结合，具有优异的力学性能和应用前景。

本文将对碳纤维增强混凝土的力学性能及应用进行研究和探讨。

二、碳纤维增强混凝土的基本概念1. 碳纤维碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，由碳元素组成，具有轻质、耐腐蚀、耐高温等特点，常用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。

2. 混凝土混凝土是一种复合材料，由水泥、砂、石、水等原材料组成，具有良好的耐久性、耐磨性、抗压强度等特点，是建筑工程中常用的材料。

3. 碳纤维增强混凝土碳纤维增强混凝土是将碳纤维与混凝土相结合而成的一种复合材料。

碳纤维可以提高混凝土的抗拉强度、韧性和耐久性，使其具有更好的力学性能和应用性能。

三、碳纤维增强混凝土的力学性能研究1. 抗拉强度碳纤维增强混凝土的抗拉强度比普通混凝土高出很多，可以达到50MPa以上。

这是因为碳纤维具有很高的强度和刚度，能够承受大的拉力，而混凝土的强度主要来自其压缩强度，抗拉强度较低。

2. 韧性碳纤维增强混凝土的韧性比普通混凝土好很多，可以承受更大的变形而不发生破坏。

这是因为碳纤维具有良好的延展性和断裂韧性，能够吸收能量，减小混凝土的应力集中，延缓破坏的发生。

3. 耐久性碳纤维增强混凝土的耐久性比普通混凝土好很多，可以承受更长时间的使用而不发生破坏。

这是因为碳纤维具有良好的耐腐蚀性和耐高温性，能够抵御外界环境的侵蚀和热冲击。

四、碳纤维增强混凝土的应用研究1. 桥梁碳纤维增强混凝土可以用于桥梁的修复和加固，提高其承载能力和耐久性。

例如，日本的“Akashi Kaikyo Bridge”就采用了碳纤维增强混凝土进行加固，使其成为世界上最长的吊桥。

2. 隧道碳纤维增强混凝土可以用于隧道的内衬和加固，提高其抗震能力和耐久性。

例如，中国的“南水北调中线工程”就采用了碳纤维增强混凝土进行隧道的内衬和加固，使其更加安全可靠。

3. 建筑碳纤维增强混凝土可以用于建筑的承重结构和外墙装饰，提高其结构稳定性和美观性。

碳纤维增强水泥基复合材料的研究要:水泥混凝土材料以其抗压强度高,施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一,脆性自重大,抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到了很大限制.碳纤维具有高弹性,高模量,比重耐腐蚀,对人宙无害等优异性能被视为许多材料的优良增强体.将其加入到水泥基体中,制成碳纤维增强水泥基材料(CFRC),不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度,高模量,高韧性,更重要的是把普通的水筑材料变成了具有自感知内部温度,应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料..枣词:碳纤维;水泥基;复合材料~tract:Cementconcretematerialshaveplayedallimportantroleinhun]an’sconstructionhistoiT)ritshig hCOIllpres—strengthandeasyoperationduringconstruction.However,itsapplicationinsomespecialfieldisgreatlyr estrictedowlslgISsinglefunction,brittleneSS,heavyself-weight,poorstrengthagainsttensionandbending.Carbonfib ersareregardedasdreinforcementfbrnlanymaterialsduetotheirhighelastic ity,highmodulus,lessdensity,resistancetOco rrosion,and]llessnesstohunlallbeingsanddomesticalmnals.Carbon—fiber—reinforcedcement—basedcompos ites(CFRC)thatareievedbyaddingcarbon6bersintocelllentexhibithighflexuralstrength,hightensilestrength,highflexur altoughnesshightensileductility.Thusnot0I]lythenaechalficalpropertiesofcementareimproved.butfimctionalm aterialsCFRCobtainedthatareabletOsensetheinteriortemperature,stressanddanaageaswellastoshieldoffelectroma gneticwaves./words:Carbonfibers;Cementmatrix;Composites目分类号:TQ172.7文献标识码:A文章编号:1003—8965(2007)05—0005—05刖吾)世纪60年代以来,碳纤维作为新一代复合l补强纤维,以其高强度比,高模量比,低密)(光吸收率,抗腐蚀,耐烧蚀,抗疲劳,耐热冲皂导热性能好,传热系数小,膨胀系数小和自:优异性能而在航天,航空,航海,建筑,轻工.中获得了广泛的应用.将碳纤维加入到水泥p即制成碳纤维增强水泥基复合材料:),也称纤维增强混凝土【1.在水泥基体中强碳纤维是提高水泥复合材料抗裂,抗渗,度和弹性模量,控制裂纹发展,提高耐强碱性,增强变形能力的重要措施.此外,碳纤维还具有震动阻尼特性,可吸收震动波,使防地震能力和抗弯强度提高十几倍位一.更为可贵的是,碳纤维具有导电性,将其加入到水泥基体中可赋于其智能性,极大地扩大了它的应用范围.CFRC复合材料在承受载荷时表面不产生龟裂,其抗拉强度和抗弯强度,断裂韧性比不增强的高几倍到十几倍,其冲击韧性也相当可观.短切碳纤维增强水泥所用碳纤维的长度一般为3～6mm,直径为7-20m,抗拉强度范围在0.5～0.8GPa.普通水泥的强度通常为11.76MPa,若按重量掺入15%的碳纤维,其强度可达到245MPa:若掺入量为20%时,强度可高达548.8MPa.此外,与普通混凝土相比,CFRC具有5L水泥与混凝土质轻,强度高,流动性好,扩散性强,成型后表面质量高等优点,将其用作隔墙时,重量比普通混凝土制作的隔墙薄1/2—1/3,重量减轻1/2—1/3.因此, CFRCI”1能的研究近年来发展迅猛.2CFRC的性能特点及应用2.1CFRC的制备CFRC的制备一般由混料,成型,养护3步组成.利用分散剂将碳纤维预先分散开来,再与水泥,砂子,石子,外加剂等均匀混合,然后采用浇注法,挤出法,压制法,压制脱水法或振动法之一使混合料成型,成型后的试件放入到水或养护箱中养护,干后即成CFRC复合材料,通常有水泥砂浆和水泥混凝土两种类型,后者更具有实用I’*--.-.制备CFRC 过程中,如何使碳纤维均匀分散到水泥基体中,是决定CFRC复合材料性能好坏的关键.常用的拌合方法有两种:干拌法和湿拌法.前一种方法是先将碳纤维和水泥混合搅拌均匀后,再加入砂子,水和其他外加剂;后一种方法是将碳纤维预先分散在部分水中,再与水泥,砂子,硅灰和外加剂混合搅拌.搅拌工艺也十分讲究,一般采用间歇式自动控制搅拌仪.碳纤维水泥浆体的理想搅拌工艺为先拌制水泥和碳纤维,再加入拌合水或先将碳纤维在溶有分散剂的水中分散后加入水泥搅拌30秒钟,最后加入标准砂再继续搅拌.碳纤维在制备好的CFRC试件中呈三维乱向分布,由于受纤维排列方式和长度的影响,短切碳纤维的增强效果不如单轴连续纤维和两维乱向分散的短纤维增强效果.2.2力学性能水泥是脆性材料,但只要加入3vo1%的碳纤维就可以完全改变它的脆断特性,其模量可提高2倍,强度增加5倍.如果定向加入,则加入12.3vo1%的中强碳纤维便可使水泥的强度从5MPa提高到185MPa,抗弯强度也可达到130MPac2|4~5]o赵稼祥旧认为,用碳纤维增强水泥可以使抗拉强度和抗弯强度提高5~10倍,韧性与延伸率提高20~30倍,结构质量减轻1/2.郭全贵等人利用单丝拔出试验测定了CFRC复合材料的界6面结合力,认为高强度和高模量碳纤维的加入,有效阻止了裂纹的扩展,在复合材料受载时,基体通过界面将载荷传递给碳纤维,从而使碳纤维成为载荷的主要承载者,由于纤维的拔出或断裂吸收了大量的能量,所以复合材料的抗拉强度,抗弯性能,韧性等力学性能均得到了显着改善.2.3压敏性1989年美国的DDL.Chung研究小组首先发现,在水泥基体中掺入短切碳纤维,可使其具有自感知内部应力,应变和损伤程度的功能吲.随着压应力的变化,CFRC电阻率发生变化的现象称做压敏性,CFRC的主要特性就是压敏性和温敏性.当CFRC试件两端有温差时,会在此两端产生电压差,其冷端为负极,热端为正极,这便是所谓的热电效应.另一方面,当对CFRC施加电场时,会在混凝土中产生热效应,引起所谓的电热效应,这两种效应都是由碳纤维混凝土中空穴性电导运动所致.通过电阻率的变化可以测定CFRC中安全,损伤和失效3个工作阶段.由于CFRC既具有热电效应,又具有电热效应,因此把它”植入”混凝土结构时,可对混凝土结构进行温度分布自诊断,根据诊断结果实现混凝土结构的温度自适应.当CFRC与电源连通后,导电混凝土产生热量,使路面温度升高,当温度升到0.C以上后,路面上的冰雪就会自动融化成水蒸发流走,从而保障道路畅通和行车安全,国外已将温敏混凝土用于机场道路及桥梁路面的融雪和融冰中【&91o2.4屏蔽效应屏蔽是电磁干扰防护控制的最基本方法之一,其目的一是控制内部辐射区域的电磁场,不使其越出某一区域;二是防止外来的辐射进入某一区域.当外来电磁波遇到屏蔽材料时,就会被吸收,反射和多次反射,电磁波能量的继续传递受到削弱. CFRC复合材料中可形成导电网络,从而可产生屏蔽性能,碳纤维的添加量,长度以及成型方法对CFRC的屏蔽性能均有较大的影响.材料的屏蔽效能SE达到30~60dB的中等屏蔽值时才认为有效.性能良好的电磁屏蔽材料应具有较高的电导率和磁导率.碳纤维对电磁波有较强的反射性,利用水泥与混凝士此特性可将碳纤维复合材料用作薄壁结构吸波材料的背衬.这种材料是雷达波的反射体,特别是在低频下与金属一样反射电磁波..赵福辰等人通过实验发现”I,增加CFRC复合材料中导电碳纤维的长度和含量,可以明显提高屏蔽效果.3影响CFRC性能的主要因素3.1碳纤维掺入量和长度的影响张其颖等人”经过反复试验,确定了目前条件下制备轻质CFRC复合材料的适宜参数为:水泥: 轻骨料(重量)=2:1,水灰比0.65,复合外加剂含量0.5%,碳纤维长度6mm,掺入量3.3%.他的研究表明,外加剂,硅粉及热水养护方法都能促进碳纤维与水泥基体的粘结,更充分地发挥碳纤维的增强作用,提高复合体的强度.CFRC之所以具有良好的力学性能,一方面是因为碳纤维本身具有良好的力学性能,有明显的补强增韧效果;另一方面是合适的操作工艺,使得碳纤维在基体中分散较为均匀,阻断了裂纹的扩展和延伸,最终提高试体的抗折,抗拉,抗压性能.杨元霞等人”.0研究了碳纤维长度和掺量对CFRC导电性的影响,发现当碳纤维掺量(以占水泥质量计)在0~0.8%的范围内增加时,对于碳纤维长度为5mm和10mm的复合材料,其电阻率的变化分为先陡然下降,后缓慢下降,又急剧下降,再趋于平缓4个阶段.当碳纤维掺量相同时,长度为10mm的CFRC试件的电阻率比长度为5mm试件的电阻率要小,且在碳纤维掺量较小时,碳纤维长度对复合材料的电阻率影响较大,碳纤维掺量较大(大干0.6%)时,复合材料电阻率受碳纤维长度的影响变/J,.在水灰比,碳纤维掺量及成型工艺条件一定的情况下,碳纤维长度增大,CFRC导电性增强,但若纤维过长,则易集束成团,难于分散均匀,从而使碳纤维的利用率降低.所以,一般所用碳纤维长度不宜超过10mm.纤维在水泥基体中分散的均匀程度与其长径比有很大关系,一般是长径比越大,即纤维直径不变而纤维长度越大时,在搅拌中越易成球.因此,单纯从有利分散的角度来讲,应是纤维越短越好.同时,碳纤维的掺量对其分散性也有较大的影响.试验发现,在碳纤维和水泥混合搅拌过程中,当碳纤维掺量达到水泥质量的1%时,混合料中便会有明显的纤维团出现,且即使延长搅拌时间,纤维团也不会消失.所以,在一般的拌制工艺中,碳纤维的长度在5mm左右或更大时,碳纤维的最大掺量不宜超过1%.碳纤维的掺量和长度对CFRC的压敏性也有影响,对于5mm长的纤维,掺量为水泥质量的0.4%时压敏性最好,掺量增加或减少都使压敏性变差:对于10mm长的纤维,掺量为0.2%时效果最好,随着纤维掺量增加,压敏性越来越小.3.2碳纤维均匀分散的影响碳纤维直径仅为几个微米,表面光滑且憎水,在水泥基材料中很难均匀分散,这是制备电学能稳定的CFRC机敏材料的一个关键性难题.对于相同配比的CFRC材料,如果纤维分散不均匀,其电导率将产生明显的差异,这极大地限制了CFRC作为机敏材料的应用.提高碳纤维均匀分散的主要方法有两种:一是加入表面活性剂如羟乙基纤维素(HEC)用作分散剂,使自身具有增水性的碳纤维在水溶液中均匀分散;二是加入超细粉如硅灰,粉煤灰等,填充骨料间隙和絮化结构,占据水空间,使砂浆变稀,提高砂浆的和易性.研究表明陧,Ⅷ,HEC是促进碳纤维在水泥浆体中分散的一种有效的表面活性剂,它溶于水后,形成胶状透明液体,可以使碳纤维稳定地悬浮在水溶液中而不集结成束.HEC在降低纤维表面张力的同时,也降低了水泥基体的表面能,因而会在水泥浆体的搅拌过程中引入一定量的气泡.为了降低气泡的含量,制备CFRC试件过程中,添加HEC的同时,还应加入一定剂量的减水剂和消泡剂,这样,才能得到分散性能好,力学性能稳定的CFRC复合材料.图1(a)为短碳纤维均匀分散在水泥基体中时的SEM照片,图1(b)为短碳纤维呈集束状态,即分散不良时的SEM照片.均匀分散有利于改善CFRC的力学性能,反之,团聚会造成基体中存在大量的空隙,降低CFRC的力学性能.图2(a)为碳7(a)碳纤维分散呈良好分散态时(b)碳纤维呈集束态时图1短碳纤维在水泥基体中分散情况的SEM照片纤维均匀分散时,CFRC复合材料的抗压强度与纤维质量分数的关系,显然,抗压强度的提高与纤维质量掺量并不是呈线形增加,当纤维质量分数超过一定值时(0.6%),抗压强度反而逐渐降低.当短碳纤维呈不良分散状态时,抗压强度随纤维质量分数的增加直线下降如图2(b)所示.3.3碳纤维表面处理的影响碳纤维的表面比较光滑,比表面积小,表面能较低,具有活性的表面一般不超过总表面积的10%,呈现憎液性,所以较难与基体有较好的结合. 8凸_岂,_,暖1±】(a碳纤维呈良好分散态时)最大值5rit’’i0.0020.4限60.器《0碳纤维质量掺量(%)国内外已有许多研究人员采用多种方法对碳纤维表面进行了处理.表面处理可归纳为4大类:清除表面杂质:在纤维表面形成微孔或刻蚀槽,从类石墨层面改性成碳状结构以增加表面能;引进具有极性或反应性的官能团;形成和树脂起作用的中间层.DDLChung”日运用臭氧处理法,硅烷处理法等取得了可喜成果.她认为对碳纤维进行表面处理,增加了表面氧浓度,并且将表面氧从C—O型结构变成C=O结构,使纤维和水的接触角降到零,纤维的分散性提高,碳纤维与水泥基体之间的界面结332‘30凸_琶2岛警2624鞲=2220l8-=(b)碳纤维成不良分散态时004图2CFRC的抗压强度与碳纤维质量掺量的关系曲线0嚣I2l620碳纤维质量掺量(%).∞m合增强,最终提高了CFRC的拉伸强度,模量和延展性.同时,臭氧处理不影响纤维本身的形貌,强度及体积电阻.DDL.Chung1161也用30%的双氧水对碳纤维进行了表面处理,以改善碳纤维表面的疏水性,提高碳纤维对水的浸润性.张其颖认为碳纤维表面对水泥浆的润湿性不仅影响纤维与基体的界面粘结强度,还影响纤维在水泥中的分散程度.满华元等人”采用阳极表面处理法对碳纤维进行了处理,处理后的沥青碳纤维可使水泥复合材料比对应基体的力学的重点多集中在CFRC复合材料的力学性能和普通电学性能上,对其智能性,吸波性,Seebeck效应,Peltier效应和Thomson效应及其应用的研究远落后于美国DDL.Chung研究小组;CFRC复合材料屏蔽性能用于防止核辐射和电磁污染的研究还处在萌芽阶段;影响CFRC力学性能,电学性能的各主要成分之间的定量关系还未能精确描述;CFRC复合材料中纤维与基体之间的界面特征对其宏观性能的影响还有待进一步探讨.此外,制备CFRC过程中,除采取控制加料顺序,变换搅拌工艺,加入硅粉,HEC等分散剂促使碳纤维均匀分散外,材料研究工作者仍在寻找最理想的碳纤维分散方法.参考文献…王茂章,贺福.碳纤维的制造,性质及其应用【M】.北京:科学出版社,1984.第1版【2】李克智,王闯,李贺军,石振海.碳纤维增强水泥基复合材料的发展与研究.材料导报,2006,2O(5):85—88 【3】Zeng—QiangShi,D.D.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【4】张卫东,徐学燕.智能材料在土木工程健康监测中的应用【J】.石油工程建设,2004(2):9—13【5】邓宗才,钱在兹.碳纤维混凝土在反复荷载下的应力一应变全曲线研究【J】.建筑结构,2002(6):54—56 【6】赵稼祥.碳纤维的发展与应用【J】.纤维复合材料,1996(4):46—50【7】郭全贵,岳秀珍.单丝拔出实验表征碳纤维增强水泥复合材料的界面【J】.纤维复合材料,1995(3):42—46 【8】SihaiWen.DDL.Chung.Enhanc ingtheSeebeck effectincarbonfiber--reinforcedcementbyusingnter—calatedcarbonfibers.CemConcrRes,2000(3O):1295—1298-【9】Zeng—QiangShi,DD.L.Chung,Carbonfiber—re—inforcedconcretefortrafficmonitoringandweighingin motion,CemConcrRes,1999(29):435—439【1O】靳武刚.碳纤维在电磁屏蔽材料中的应用【J】.现代塑料加工应用,2003(1):24—27【11】赵福辰.电磁屏蔽材料的发展现状【J】.材料开发与应用,2001(5):29—33【12】张其颖.碳纤维增强水泥混凝土导电机理的研究【J】.硅酸盐通报,2003(3):22—28【13】杨元霞,刘宝举.碳纤维水泥基复合材料电性能的若干研究.建筑材料学报,2001(2):200—203【14】韩宝国.碳纤维水泥基复合材料压敏性能的研究【D】.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2001【15】D.D.L.Chung.Carbonfiberreinforcedcement mortarimprovedbyusingacrylicdispersionasadmix—ture.CemConcrRes,2001(31):1633—1637【16】XuliFu,D.D.L.Chung.Ozonetreatmentofcar- bonfiberforreinforcingcement.Carbon,1998,36(9): 1337—1345【17】满华元,张岩.碳纤维阳极表面处理对CF/MDF水泥复合材料性能影响研究【J】.复合材料学报,1995(2):47—51【18】Jian—guoZhao,Ke-zhiLi,He-junLi,ChuangWang.Theinfluenceofthermafgradientonpyrocarbon depositionincarbon/carboncompositesduringtheCVI process,Carbon,2006(44):786—7919。

混凝土中添加碳纤维对性能的影响研究一、引言混凝土是现代建筑中使用最广泛的材料之一，具有良好的耐久性、承载力和抗震性等优点。

但是，混凝土在长期受到外界环境的影响下会出现龟裂、破损等现象，从而影响其性能。

为了提高混凝土的性能，研究人员开始探索添加新材料的方法。

碳纤维作为一种高强度、高模量的材料，已被广泛应用于混凝土中。

本文旨在通过对已有研究的综述，探讨碳纤维对混凝土性能的影响。

二、碳纤维的特性和优势碳纤维是一种由碳纤维束制成的高强度、高模量材料。

与传统的钢筋相比，碳纤维具有以下特点：1.高强度：碳纤维的拉伸强度高达700MPa以上，是钢筋的2倍以上。

2.高模量：碳纤维的弹性模量高达230GPa左右，是钢筋的5倍以上。

3.低密度：碳纤维的密度约为钢筋的1/4。

4.耐腐蚀：碳纤维不会受到腐蚀的影响，可以保持长期的耐久性。

5.易于加工：碳纤维可以通过编织、织造、纺织等多种方式制成各种形状和尺寸的材料。

由于这些特性，碳纤维在航空航天、汽车制造、船舶制造等领域得到了广泛应用。

在混凝土中添加碳纤维可以有效地提高混凝土结构的承载能力、耐久性和抗震能力。

三、添加碳纤维对混凝土性能的影响1.力学性能添加碳纤维可以提高混凝土的抗拉强度和抗压强度。

研究表明，添加0.5%左右的碳纤维可以使混凝土的抗拉强度提高20%以上，抗压强度提高10%以上。

此外，碳纤维还可以增加混凝土的韧性和延性，减少龟裂和破损的发生。

2.耐久性添加碳纤维可以提高混凝土的耐久性。

研究表明，碳纤维可以防止混凝土的龟裂和破损，减少混凝土的氧化和腐蚀，从而延长混凝土的使用寿命。

3.抗震性能添加碳纤维可以提高混凝土的抗震性能。

研究表明，碳纤维可以增加混凝土的韧性和延性，减少龟裂和破损的发生，从而提高混凝土结构的抗震能力。

四、影响因素及优化方案1.碳纤维的类型和含量不同类型和含量的碳纤维对混凝土的性能有不同的影响。

研究表明，短切碳纤维的抗拉强度和抗压强度提高效果更好，但是对混凝土的韧性和延性影响较小；而长丝碳纤维可以有效地提高混凝土的韧性和延性，但是对抗拉强度和抗压强度的提高效果较小。

混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能研究一、引言混凝土是一种广泛应用的建筑材料，但其在使用过程中存在一些问题，如易开裂、抗震性能差等。

为了解决这些问题，人们开始探索使用碳纤维增强材料来加强混凝土的性能。

本文就混凝土中碳纤维增强材料的应用及其性能进行研究。

二、碳纤维增强材料介绍碳纤维增强材料是由碳纤维和树脂等材料组成的复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀等特点。

碳纤维增强材料的强度比钢高5-10倍，重量却只有钢的四分之一，因此在航空、航天、汽车、体育器材等领域得到了广泛应用。

三、混凝土中碳纤维增强材料的应用1、碳纤维布增强混凝土碳纤维布是将碳纤维编织而成的一种材料，可以用于增强混凝土的拉伸强度。

将碳纤维布覆盖在混凝土表面，再用树脂等材料进行固化，可以显著提高混凝土的抗拉强度。

2、碳纤维板增强混凝土碳纤维板是将碳纤维和树脂等材料组成的板状材料，可以用于增强混凝土的弯曲强度和剪切强度。

将碳纤维板粘贴在混凝土结构的受力部位，可以显著提高混凝土的承载能力。

3、碳纤维筋增强混凝土碳纤维筋是将碳纤维制成的钢筋状材料，可以用于增强混凝土的受力性能。

将碳纤维筋嵌入混凝土中，可以显著提高混凝土的抗拉强度和抗剪强度。

四、混凝土中碳纤维增强材料的性能研究1、强度碳纤维增强材料具有很高的强度，可以有效提高混凝土的强度。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的抗拉强度提高50%以上，抗压强度提高20%以上。

2、韧性混凝土在受力时易出现开裂现象，而碳纤维增强材料具有很好的韧性，可以有效抵抗混凝土的开裂。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的韧性提高2-3倍。

3、耐久性混凝土在长期使用过程中易受到环境的影响而导致破坏，而碳纤维增强材料具有很好的耐腐蚀性能，可以有效延长混凝土的使用寿命。

研究表明，使用碳纤维增强材料可以将混凝土的耐久性提高2-3倍。

五、应用案例1、地震区混凝土结构加固地震是混凝土结构容易出现破坏的重要原因之一。

ＩＳＳＮ　１００９－８９８４ＣＮ　２２－１３２３Ｎ长春工程学院学报（自然科学版）２０１３年第１４卷第３期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０１３，Ｖｏｌ．１４，Ｎｏ．３　４／３５１１－１４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０１３．０３．００４碳纤维增强水泥基复合灌浆材料的力学性能试验分析收稿日期：２０１３－０４－０１作者简介：傅焕然（１９９１－），男（汉），湖北武汉，在读硕士主要研究工程地质。

傅焕然，杨　珂，高　歌（成都理工大学环境与土木工程学院，成都６１００５９）摘　要：研究了两个种类的碳纤维在不同掺量下对灌浆材料三大强度等力学性能的影响以及不同掺量的分散剂、水胶比等因素对碳纤维水泥基复合材料性能的影响，并得出了一些对工程施工有益的结论。

关键词：灌浆；碳纤维；水泥基中图分类号：ＴＵ５０２文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－８９８４（２０１３）０３－００１１－０４ 长期以来，灌浆材料已经成为建筑工程中应用量最大、使用面最广的建筑材料之一。

水泥与水泥基复合材料是当今主要的灌浆材料，具有典型的脆性材料性质［１－２］，研究表明，在复合灌浆材料中掺入少量的短切碳纤维，可以大大提高其抗拉及抗折强度［３－５］。

为此，对碳纤维增强水泥基灌浆材料的研究，要保证碳纤维增强水泥基复合灌浆材料具有良好的力学性能，关键在于将碳纤维均匀分散到水泥砂浆中，通常需要加入各种分散剂和化学添加剂。

碳纤维的种类、掺量，以及分散剂和化学添加剂的多少，对碳纤维增强水泥基复合灌浆材料的力学性能将有着直接的影响［６－７］。

本文在一系列试验的基础上，对碳纤维增强水泥基复合灌浆材料的力学性能及其影响因素进行了研究。

１　原材料和实验方法１．１　原材料碳纤维：试验所用的碳纤维为由上海碳素厂与鞍山东亚有限公司生产的两种规格的短切碳纤维，其性能见表１。

表１　试验用碳纤维的物理性能编号产地种类平均长度／ｍｍ抗拉强度／ＭＰ抗拉模量／ＧＰ密度／ｇ·ｃｍ－３直径／μｍ电阻率／１０－３Ω·ｃｍＡＢ上海ＰＡＮ基５７２　０００～３　０００　１７５～２１５　１．７４～１．７６　７　３．０ＣＤ鞍山沥青基５７４００～６００　３０～４０　１．２３～１．９１　１２～１５　５．２～６．８ 水泥：江西亚东水泥厂产Ｐ．Ｏ　４２．５＃，比表面积３５０ｍ２／ｋｇ；矿物掺合料：粉煤灰：阳逻电厂Ⅱ级粉煤灰；硅灰：武汉钢铁公司冶金渣厂，比表面积约２×１０４　ｍ２／ｋｇ；砂：标准砂；减水剂：上海三瑞公司生产，聚羧酸减水剂，减水率２５％；分散剂：赫克力天普化工有限公司生产，甲基纤维素。

混凝土用碳纤维增强复合材料的性能研究发布时间：2022-09-30T05:23:13.365Z 来源：《科技新时代》2022年第6期作者：苗亚宁[导读] 混凝土材料具有抗压强度高、耐腐蚀、耐久性好、施工方便等优点，苗亚宁身份证号码：41092319900212****摘要：混凝土材料具有抗压强度高、耐腐蚀、耐久性好、施工方便等优点，广泛应用于建筑材料中。

然而，由于该材料功能单一、抗拉强度低、质量高等缺陷，其在特殊领域的应用受到很大限制。

有必要添加其他支撑材料，以提高混凝土材料的性能。

此外，钢筋支护材料经过多年的使用，经常受到腐蚀和损坏，破坏生态环境。

因此，环氧树脂与其他支撑材料的组合可以改善环境效应和疲劳应力引起的混凝土强度下降和截面损伤，从而显著提高混凝土的耐久性。

环氧树脂/碳纤维复合材料具有重量轻、模量高、强度高、耐腐蚀和疲劳性能好、结构尺寸稳定等优点。

它不仅可以用作承载荷载的结构材料，还可以用作功能材料，尤其适用于混凝土的结构钢筋]。

在民用建筑领域，碳纤维增强塑料复合材料（CFRP）可以有效地改善混凝土的性能。

作为混凝土的增强剂，其应用场景复杂，对使用寿命、力学性能、热性能和耐酸碱性要求较高。

本实验选用碳纤维作为增强材料，对碳纤维进行改性，得到预处理后的碳纤维材料。

分别研究了碳纤维处理对环氧树脂复合材料力学性能、热性能和耐酸碱性能的影响，为碳纤维复合材料的进一步研究奠定了基础。

关键词：混凝土；用碳纤维；复合材料；性能 1 试验和方法1.1 试验装置为了进行弯剪试验，专门设计了碳纤维布混凝土试件加载试验装置。

该装置由一个带4个圆孔的上底板、4个带螺纹的圆钢筋、一个带7个圆孔的下底板、一个用于固定混凝土的下挡板、一个带3个圆孔的夹具和两个连接上下试验机的拉拔器组成。

夹具设计用于产生弯矩。

力臂的变化取决于夹具和下底板相应位置的钻孔。

钻孔至CFRP混凝土粘结界面的距离为力臂。

夹具和下底板分别有三个孔，对应于8.5、16.7和24.2 mm的力臂。

碳纤维筋增强混凝土的试验研究及力学性能分析碳纤维增强塑料筋(CFRP)是一种新型复合材料，具有比强度高、耐腐蚀性能好、抗疲劳性能好、非磁性等独特优点。

因此，在混凝土结构中用CFRP筋代替钢筋，可以有效的克服钢筋的腐蚀问题，提高结构的耐久性。

本文对南京某专业碳纤维制造厂所生产的碳纤维塑料筋进行了一系列试验研究。

在试验中，首先对碳纤维塑料筋锚固系统进行探索性研究，研制出一种新型楔块式锚具；在此基础上分别进行了碳纤维塑料筋的拉伸试验和剪切试验研究，得出碳纤维塑料筋的拉伸强度和剪切强度；随后对其在混凝土、环氧树脂和水泥浆中的粘结性能进行了深入研究，分别得出了碳纤维塑料筋在这几种介质中的粘结强度，并对实验数据进行了分析，得出碳纤维塑料筋在混凝土中的基本锚固长度为25倍碳纤维筋直径；最后，对采用碳纤维塑料筋作为受拉主筋的普通混凝土梁在三分点竖向载荷作用下的抗弯性能进行了试验研究，对试验中梁试件的承载力、挠度和裂缝开展情况等进行了分析，并对挠度计算公式中的有效惯性矩系数进行了修正。

虽然本文通过试验所得出的结论主要针对所研究的缠绕型碳纤维螺纹筋，但是相关的研究方法、部分结论、建议和公式同样可以为类似研究所参考、借鉴，为今后碳纤维塑料筋的进一步研究奠定一定的基础。

混凝土中碳纤维的增强机理及其应用研究一、引言混凝土是建筑工程中重要的材料之一，但其自身的强度和韧性有限，无法满足某些工程对材料性能的要求。

碳纤维是一种高性能复合材料，因其优异的力学性能而被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。

将碳纤维与混凝土复合，可以显著提高混凝土的力学性能，同时减少混凝土的自重，有助于提高建筑物的抗震性能。

本文将探讨混凝土中碳纤维增强的机理及其应用研究。

二、混凝土中碳纤维增强的机理混凝土中添加碳纤维可以增强其力学性能，主要是通过以下机理实现的：1.增加混凝土的拉伸强度混凝土的拉伸强度常常是其弱点。

添加碳纤维可以有效地增加混凝土的拉伸强度。

碳纤维具有高强度、高模量和高延伸率等特点，能够有效地抵抗混凝土的拉伸应力，使混凝土具有更好的抗拉性能。

2.提高混凝土的韧性混凝土的韧性是指其在受到外力作用时能够承受一定的变形能力。

添加碳纤维可以提高混凝土的韧性，使其具有更好的抗裂性能。

当混凝土受到外力作用时，碳纤维可以有效地防止裂纹的扩展，从而提高混凝土的韧性。

3.减少混凝土的自重混凝土是一种比较重的材料。

当建筑物高度较高时，混凝土的自重很容易造成建筑物的不稳定。

添加碳纤维可以减少混凝土的自重，从而提高建筑物的抗震性能。

三、混凝土中碳纤维增强的应用研究混凝土中碳纤维增强的应用研究主要包括以下几个方面：1.混凝土结构的加固碳纤维可以有效地增强混凝土的力学性能，因此可以用于混凝土结构的加固。

例如，在钢筋混凝土桥梁的加固中，可以使用碳纤维增强混凝土，以提高桥梁的承载能力和抗震性能。

2.混凝土预制构件的制造碳纤维混凝土可以用于制造各种混凝土预制构件，例如墙板、地板、梁柱等。

由于碳纤维具有较高的强度和韧性，因此可以制造出更加轻便、坚固、耐久的混凝土构件。

3.混凝土地面的修复碳纤维混凝土可以用于混凝土地面的修复。

例如，在地下车库、仓库等场所，由于车辆或货物的摩擦和碾压，地面容易受到损坏。

使用碳纤维增强混凝土可以有效地修复地面，提高地面的耐久性和承载能力。

《碳纤维增强混凝土梁的抗冲击性能研究》篇一一、引言随着社会经济的发展和建筑工程的复杂度不断提升，抗冲击性能成为了现代混凝土结构安全性的重要考量指标。

特别是在高风压、地震和交通事故频发的环境下，对混凝土结构的抗冲击性能要求日益提高。

碳纤维增强混凝土（CFRC）以其出色的力学性能和轻质高强的特点，被广泛应用于建筑结构中。

本文将重点研究碳纤维增强混凝土梁的抗冲击性能，为实际工程提供理论支持。

二、材料与方法2.1 材料选择实验选用的碳纤维增强混凝土材料需符合国家标准，采用高强度碳纤维材料作为增强剂，混凝土材料需具备较好的可塑性和耐久性。

同时，我们设置了对照组，即未经过碳纤维增强的普通混凝土梁。

2.2 实验设计本实验设计了不同尺寸、不同碳纤维含量的混凝土梁，采用落锤式冲击试验机进行冲击试验。

通过改变冲击速度和冲击质量，模拟不同环境下的冲击荷载。

2.3 实验方法在实验过程中，我们记录了冲击过程中的荷载-时间曲线、梁的变形情况以及破坏形态。

同时，采用扫描电镜（SEM）观察了碳纤维在混凝土中的分布和断裂情况。

三、实验结果与分析3.1 冲击性能指标分析通过实验数据的整理，我们发现碳纤维增强混凝土梁的抗冲击性能明显优于普通混凝土梁。

在相同冲击条件下，CFRC梁的残余变形较小，破坏形态更为完整。

此外，随着碳纤维含量的增加，梁的抗冲击性能有所提高。

3.2 碳纤维分布与断裂情况分析通过SEM观察发现，碳纤维在混凝土中分布均匀，且与混凝土基体具有良好的粘结性能。

在受到冲击时，碳纤维能够有效阻止裂缝的扩展，提高混凝土的韧性。

同时，我们发现碳纤维在断裂过程中表现出较好的能量吸收能力，进一步提高了梁的抗冲击性能。

四、讨论碳纤维增强混凝土梁的抗冲击性能与其材料组成、纤维分布、界面粘结等因素密切相关。

在实际工程中，我们可以根据工程需求和成本考虑，合理设计碳纤维的含量和分布。

此外，对于复杂环境下的混凝土结构，我们可以通过多尺度模拟和试验验证，对CFRC梁的抗冲击性能进行深入研究，为实际工程提供更为准确的指导。