碳纤维增强混凝土的力学性能及应用研究

・１３０・　路基工程　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年第６期（总第１５３期）　

碳一聚丙烯混杂纤维混凝土力学性能试验研究　

杜向琴　

（丽水学院建筑工程系，浙江丽水３２３０００）　

摘要：纤维混凝土以其增强、阻裂、增韧的独特优势，在混凝土结构的修复、增强和更新等领　域应用越来越广泛。对碳一聚丙烯混杂纤维的“混杂效应”进行了研究，结果表明，混杂纤维的掺　入增加了混凝土的抗压强度和劈拉强度。这种“正混杂效应”来源于两种纤维在不同的结构层次和　性能层次上充分发挥了自身的尺度效应和性能效应，对于纤维混凝土的应用是一个较好的方向。　

关键词：碳纤维；聚丙烯纤维；混杂纤维混凝土：混杂效应　

中图分类号：ＴＵ５２８．５７２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０６—０１３０—０３　

已有的研究表明，纤维混杂可改善混凝土的韧　

性，提高混凝土的抗压强度、劈拉强度及抗折强度，　但不同纤维混杂方式提高的幅度存在较大的差别　。　目前对钢纤维和聚丙烯混杂纤维混凝土的研究已取得　

了一些成果’　，但对其它混杂纤维混凝土的研究还　

较少。由于碳纤维是一种智能材料，由其制成的混凝　土既可作为结构材料承担荷载，又可作为功能材料发　挥作用　。　。因此，将低弹模的聚丙烯纤维与碳纤维　混杂，不仅能充分利用碳纤维的功能效应，还能得到　

比单掺一种纤维更加优越的力学性能，达到节约碳纤　维的目的。本文主要研究了碳一聚丙烯混杂纤维混凝　

土的力学性能，对其工程应用提供参考。　

收稿日期：２００９—０７一Ｏｌ　作者简介：杜向琴（１９８１一），女，甘肃临洮人。助教，硕士，从　事土木工程材料教学与科研。Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｕｘｉａｎｇｑｉｎ２００３＠　１６３．ｃｏｎ］。　１原材料及试验方法　

１．１试验原材料　水泥：Ｐ・０　４２．５水泥。　集料：粗集料为二级配碎石：大石子ｌ０～３０　

ｍｍ，小石子５～１０　ＨＩ／／１；细集料为中砂。　减水剂：ＺＱＧ早强高效减水剂，掺量为水泥用量　的１．２％。　纤维：碳纤维和聚丙烯纤维特征参数见表１。　表１纤维特征参数　

一　

宋武　姚涵　吴浪　ＳｏｎｇＷｕ　ＹａｏＨａｎ　ＷｕＬａｎｇ　（１．江西建工机械施工有限责任公司，江西南昌３３００９６；２．南昌理工学院，江西南昌３３００４４）　（１．Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００９６；２．Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｎａｎｃｈａｎｇ　３３００４４）　

摘要：碳纤维增强塑料（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ），简称ＣＦＲＰ，是一种新型的工程建筑材料。本　文对ＣＦＲＰ约束钢筋混凝土短柱在轴心受压状态下的力学性能进行了试验研究，并和普通螺旋箍筋短柱的　力学性能进行了对比，结果表明：ＣＦＲＰ约束混凝土柱在轴心受压情况下，可以大大提高构件的承载能力。　关键词：碳纤维增强塑料；约束混凝土；短柱；轴心受压　中图分类号：ＴＵ５９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—４７９２（２０１２）０３．０２３６—０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐ１ａｓｔｉｃｓ（ＣＦＲＰ），ａ　ｎｅｗ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｍａｔｅｈａｌ，ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｃｉｖｉｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｏ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ　ｏｌｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｃｏｎ—　ｆｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＦＲＰ　ｕｎｄｅｒ　ａｘｉａｌ　ｌｏａｄ　ｉｎｌａｂ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｔｈｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌ—　ＵｌＴＩｎ　ｗｉｔｈ　ｓｐｉｒａｌ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｕｎｄｅｒ　ａｘｉａｌ　ｌｏａｄ．ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌｕｍｎ　ｃｏｎｎｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ＣＦＲＰ　ｈａｓ　ａｎ　ａｍａｚｉｎｇｌｙ　ｈｉｇｈｅｒ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＦＲＰ；Ｃｏｎｆｉｎｅｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｓｈｏｒｔ　Ｃｏｌｕｍｎ；Ａｘｉａ　ｌ　Ｌｏａｄ　

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。应用范围多集中于桥梁、海工构筑物、非磁性建筑等工程，其中桥梁方面应用较多。

混凝土中添加纤维的作用及应用

混凝土是建筑业中常用的一种材料，它具有高强度、耐久性和抗裂性等优点，但在某些情况下，混凝土也存在一些问题，如易开裂、易变形等。为了解决这些问题，人们引入了纤维增强混凝土技术。本文将详细介绍混凝土中添加纤维的作用及应用。

一、混凝土中添加纤维的作用

1. 提高强度和韧性

纤维增强混凝土（FRC）是指在混凝土中添加一定比例的钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、碳纤维等材料，以增加混凝土的强度和韧性。纤维与混凝土之间的作用机理是纤维在混凝土中形成的网状结构，可以吸收混凝土中的应力，从而提高混凝土的强度和韧性。

2. 提高抗裂性

混凝土中加入纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性能。纤维能够防止混凝土在负荷作用下的开裂和裂缝扩展。此外，纤维还可以使混凝土中的裂缝呈微细状，从而提高混凝土的耐久性和防水性能。

3. 提高耐久性

混凝土中添加纤维可以提高混凝土的耐久性。纤维能够防止混凝土在长期使用过程中的老化和劣化，从而延长混凝土的使用寿命。此外，纤维还可以防止混凝土在受到外部环境影响时出现裂缝和开裂等问题。

4. 提高施工效率

混凝土中添加纤维可以提高施工效率。纤维在混凝土中的分散性较好，可以有效地避免混凝土在施工过程中的坍塌和分层，从而使施工更加便捷和高效。

二、混凝土中添加纤维的应用

1. 桥梁工程

在桥梁工程中，混凝土往往需要承受大量的荷载和振动。因此，在这种情况下，使用纤维增强混凝土可以有效地提高混凝土的强度和韧性，使其更加适合用于桥梁工程中。

2. 隧道工程

在隧道工程中，混凝土需要承受高温、高压和潮湿等恶劣环境。在这种情况下，使用纤维增强混凝土可以提高混凝土的耐久性和防水性能，从而使其更加适合用于隧道工程中。

3. 楼房建筑

在楼房建筑中，混凝土需要承受各种荷载和振动。在这种情况下，使用纤维增强混凝土可以有效地提高混凝土的抗裂性和耐久性，从而使其更加适合用于楼房建筑中。

4. 道路工程