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第8卷第4期滩坊学院学报Vol8No4

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2008年7月JournalofWeifangUniversityJul2008

‘
碳纤维增强混凝土的发展研究

焦津

,
(南昌大学江西南昌330031)

摘要:将破纤维加入到水泥基体中,制成破纤维增强水泥基复合材料(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泥建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。
关键词:破纤维;性能;应用前景
中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1671一4288(2008)04一0124一03

,
碳纤维作为新一代复合材料的增强纤维以其为3~30mm以体积含量3%的配比混人混凝土
高强度比、高模量比、低密度、抗腐蚀、耐烧蚀、抗疲中。
劳、耐热冲击、导电导热性能好、传热系数小、膨胀系表1混凝土轴心抗压标准强度

、、、
数小等优异性能而在航空航天航海建筑轻工等混凝土强度等级

。类别
领域获得了广泛的应用〔1〕将碳纤维加人到水泥基C25C30C40

,...
体中即制成碳纤维增强水泥基复合材料(CFRC)CRFC255279337

...
。通混土
也称碳纤维增强混凝土普凝170200270
,
碳纤维增强混凝土在抗裂、抗渗、抗剪强度和弹通过对比可看出CFRC比普通混凝土抗压强

..。,
性模量以及控制裂纹扩展,耐强碱性,变形能力等方度提高12一15倍但是随着碳纤维含量的增加
,
面比普通混凝土有很大提高。此外,碳纤维还具有混凝土的抗压强度呈下降的趋势碳纤维含量增加
,。
震动阻尼特性,可吸收震动波,防地震能力比普通混越多抗压强度下降越明显这是由于碳纤维与水
,
凝土提高十几倍川。更为可贵的是,碳纤维具有导泥混合时将伴随着空气的混人混凝土中空气含量

,。
电性,将其加人到水泥基体中,赋予水泥基体智能增加会影响到混凝土的抗压强度
,
性,极大地扩展了混凝土的应用范围。CFRC复合水泥是脆性材料但只要加人3vol%的碳纤维
,,
材料在承受负荷时表面不产生龟裂,其抗拉强度和就可以完全改变它的脆断特性其模量可增加2倍
.,.
抗弯强度、断裂韧性比普通混凝土高几倍到十几倍,强度提高5倍[l1如果定向加人则加人123vol%

。a
其冲击韧性也相当可观的中强碳纤维便可使水泥的强度从SMP提高到
a,a。
1CFRC力学性能185MP抗弯强度也可达到130MP赵稼祥认
,
碳纤维加人混凝土后,能显著改善混凝土的抗为用碳纤维增强水泥可以使抗拉强度和抗弯强度
,,
拉、抗压和抗弯强度。目前普遍认为存在两种机理,提高5一10倍韧性和延展率提高20一30倍结构

。
即增强机理和增韧机理。由于碳纤维的模量高于混质量减轻1/2川郭全贵等利用单丝拔出实验测定

,
凝土,在复合材料受载后,界面起传递载荷作用。在了cFRc复合材料的界面结合力认为高强度和高
,
发生相同应变的情况下,碳纤维将承受较大的载荷,模量碳纤维的加入能有效阻止裂纹的扩展在复合
从而分担了基体所承受的载荷,提高了整体的强度。材料受载时,基体通过界面将载荷传递给碳纤维,从

,
另外,由于碳纤维的存在,极大地阻止了水泥基体中而使碳纤维成为载荷的主要承载者由于纤维的拔
裂纹的扩展,从而实现了增韧的效果川。出或断裂吸收了大量的能量,复合材料的抗拉强度、

、。
碳纤维对混凝土的横向变形施加约束,阻止裂抗弯性能韧性等力学性能均得到显著改善川邓
纹自由扩展,在一定程度上提高了复合材料的抗压宗才等研究了CFRC在反复载荷下的应力一应变曲
强度。表1是用沥青基短纤维增强混凝土试验所得线,认为CFRC具有良好的弹塑性性能,得到了能反

。,。
的数据川试验所采用的碳纤维直径为15拌m长映材料特性的曲线方程川

收稿日期:2008一03一27
作者简介;焦津(1987一),男,山东滩坊人,南昌大学材料科学与工程学院。
124一
第4期焦津:碳纤维增强混凝土的发展研究

.,,
ZCFRC电学性能量为1。%时碳纤维混凝土抗压强度达到最大值

.。
普通水泥材料在干燥条件下是一种低抗拉强增加了188%综合导电性和抗压强度两种因素

、,,.。
度高电阻率的惰性材料这严重限制了水泥材料的考虑碳纤维最佳体积含量在1。%左右碳纤维
进一步功能开发和应用川。而碳纤维是一种高强混凝土可以在较低电压下迅速发热,具有较好的电
度、高弹模且导电性能良好的材料,将碳纤维均匀地热效应,可对碳纤维含量和电压进行调节来满足实
分散到水泥材料中,不仅可以起到增加强度的效果,际应用中的需要。碳纤维混凝土具有良好的阻温特
而且可以改变其电学性能,可以使混凝土的电阻率性,表现出PTC效应和NTC效应。一方面,温度升
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