碳纖維增強水泥複合材料

碳纖維增強水泥複合材料

水泥製品一般是指混凝土、水泥砂漿和石棉水泥。 石棉及其製品因對環境造成嚴重污染,已被逐步淘汰出建材領域,取而代之的是新一代增強纖維。傳統水泥製品的特性是抗壓強度高,拉伸強度和楊氏模量低,抗彎性能差。就綜合性能而言,碳纖維占優勢。如果在水泥混凝土中加人少量碳纖維,拉伸強度可成倍提高,抗彎強度也隨碳纖維加人量的增加而直線上升,碳纖維長絲的增強效果好,但適宜採用短切碳纖維,經打漿工序可得到碳纖維均勻分布的砂漿。同時,短切碳纖維價格低,尤其是瀝青基碳纖維,容易被建材市場接受。

基本介紹

  • 中文名:碳纖維增強水泥複合材料
  • 外文名:carbon fiber reinforced cement
  • 主要區別:添加碳纖維
  • 發明時間:20 世紀80年代初
  • 特點:強度高、重量、輕熱膨脹係數小等
  • 套用:海洋工程、大跨度橋樑等
背景,性能,製造方法,套用,

背景

20世紀80年代初,日本鹿島公司在伊拉克建設仿清真寺風格的紀念碑時,首次大量使用碳纖維水泥製品。碳纖維還具有優良的耐酸、耐鹼和耐候性特性,即使是採用強鹼性水泥也不會發生腐蝕。此外,碳纖維具有電磁禁止性和導電性能,是功能建築材料和智慧型建築材料的附加特性。

性能

碳纖維增強水泥簡稱“碳纖水泥”。用碳纖維或石墨纖維摻入水泥漿而成的纖維增強水泥。具有優良的性能:(1)強度高、重量輕,強度/重量比值很大,有很高的使用價值;(2)熱膨脹係數小,當環境溫度變化時,外形變化微小;(3)耐磨損、耐腐蝕和耐水性好,能適應複雜的工作環境,壽命較長。製作時將碳纖維束鬆開,以便與水泥漿較好地握裹結合。用於精密機械的耐震部位,以及作為高強、防熱、防腐蝕材料等。

製造方法

碳纖維複合材料片材、束狀預浸料可用來增強梁、柱、板等混凝土構件,也可以用來加固、維修這些構件。這些片材、束狀預浸料的基體樹脂主要採用環氧系列產品,其特點是室溫固化,固化後的彈性模量高,約在1500~3000MPa (純樹脂固化)。屈服斷裂後的伸長在2%以上的韌性樹脂,可使CFRP片材與混凝土結構牢固地粘接在一起。同時,兩相界面存在高的剪下強度可有效傳遞載荷,而且可阻止裂紋的傳播,從而提高了複合構件的承載能力。在張力下將片材繃緊,可充分發揮碳纖維的增強作用。如果繃得不緊,固化後會形成皺褶,降低了增強作用。所以,根據被增強混凝土構件的寬度來確定CFRP片材寬度W。為了便於操作,將W0分為La、Lb和Lc等組,以驅動馬達調節所需張力,使其成為單向張緊片,然後固定CFRP片材的兩端,進行張力貼補增強。在操作過程中,貼補增強體放置在橡膠袋中,密封,抽真空,進行壓力固化,可製得高性能的增強構件。

套用

碳纖維增強水泥基複合材料套用的途徑如下:
①將短碳纖維、聚丙烯腈纖維加入新混凝土中,製成高性能纖維混凝土新結構,主要用於薄殼結構、耐腐蝕結構、嘖射混凝土及道路工程等。
②將碳纖維長絲製成棒材,在新混凝士結構中替代鋼筋或預製成為鋼筋,用於新建混凝土結構,主要用於海洋工程、大跨度橋樑及需電磁透過的工程結構。或將棒材用於結構加固,國外這樣的工程實例已較多。
③將碳纖維加工成束狀或繩狀,用於大跨度橋樑的拉索或大跨度空間結構的懸索、拉索等。
④將碳纖維棒材與混凝土一起製成預製混凝土梁板、屋架,或用纖維棒製作網架等,這些新結構具有質量輕、強度高和耐腐蝕等優點。
⑤將短碳纖維或連續纖維用於各種公路路面及橋樑路面工程,以提高公路的質量及耐久性。
⑥將碳纖維、聚丙烯腈纖維製成編織物,用於結構加固補強。例如碳纖維、聚丙烯腈及聚丙烯纖維增強混凝土,高性能連續纖維布及其他型、片材增強混凝土。

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