碳纤维性能或的优缺点及其对策.docx

碳纤维性能的优缺点及其对策现面以结构加固用的碳纤维布为例说明碳纤维的性能： 碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。 碳纤维介绍 碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。 2、环氧树脂 不同类型的树脂还可以保证其对砼具有良好的渗透作用，例如底涂树脂；以及对碳纤维片与砼结构的粘接作用，例如环氧粘结树脂等。 （1）环氧树脂简介 仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于透过碳纤维片，有很强的粘结力。依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。 2、碳纤维材料与其他加固材料对比 （1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。 （2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。 （3） 疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。 （4）重量：约为钢材的五分之一。 （5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴板材时底层树脂的用量比片材多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如片材。碳纤维：一种重要的建筑材料??广西桂林：胡兴军 ??碳纤维的优良性能碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料，是以有机纤维——聚丙烯晴（PAN）纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成，由有择优取向的石墨微晶构成，因而具有很高的强度和弹性模量（刚性）。它的比重一般为1.70 g/cm3～1.80g/cm3，强度为1200 MPa～7000MPa，弹性模量为200 GPa～400GPa，热膨胀系数接近于零，甚至可为负值（～1.5×10-6）。碳纤维同时具有高比强度 、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。这些优良的综合性能使碳纤维成为先进复合材料最重要的增强纤维，可以用来增强聚合物（热固性、热塑性聚合物）组成高性能聚合物基复合材料；增强铝、镁、铜等金属组成碳/铝、碳/镁、碳/铜等金属基复合材料；增强碳、陶瓷组成耐高温的陶瓷基复合材料。碳纤维复合材料可以通过基体、纤维的选择、碳纤维含量和分布的优化设计做成性能能够满足多种要求的各种高性能构件。重要的碳纤维建筑材料1．碳纤维增强混凝土由于水泥水泥砂浆与混凝土中存在抗拉强度低，干缩率大，变形能力低，脆性大和抗冲击性能差等缺点，而且在某些特种条件下（酸、碱、潮湿环境中），由于钢筋的抗腐蚀性差而面临着严峻的挑战。然而碳纤维以其高强、高模、质轻、优良的抗疲劳性、抗冲击性、抗震性和耐腐蚀性完全弥补了钢筋混凝土的不足。短切碳纤维加入新混凝土中，目前主要应用于需要减重、防震耐腐蚀的环境中或喷射混凝土和道路工程中；将碳纤维长丝支撑预应力筋，代替钢筋埋植于混凝土中，主要用于海洋工程、大跨度桥梁及需要电磁透过的工程结构或结构加固的场合；将碳纤维长丝支撑预应力绞绳，用于大跨度桥梁的拉锁或大跨度空间结构的悬索拉索等；将短切碳纤维或连续碳纤维应用于各种公路路面及桥梁路面工程和高速公路的防护栏，以提高公路的质量及耐久性；将碳纤维棒材与混凝土制成预制件，包括梁、板、屋架或网架，充分利用碳纤维的质轻高强耐腐蚀等优点。短切碳纤维填充到混凝土中，不仅约束微裂缝扩展，提高混凝土的抗裂性、抗渗性和抗冻性，减少干缩变形，而且可以明显地改善混凝土结构的物理力学特性。提高结构的抗震性和抗疲劳特性，这是由于碳纤维具有高强度和高弹模的优势。另外，碳纤维增强混凝土具有良好的压敏性，而且具有一定导电性，如果在混凝土中埋藏电极可有效实现对混凝土结构件的在线检测（应变）和安全监控（损伤程度）在实际应用中，可实现对桥梁幕墙建筑的智能化管理。因此，短切碳纤维增强混凝土不仅具有减重增强的优点，而且还是一种智