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碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究
碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

碳纤维加固施工方案(参照材料)

碳纤维加固施工方案 一、工程概况 通辽市华申名都西区住宅楼1#、2#、3#、5#楼工程,剪力墙暗柱纵向钢筋采用HRB400E14、HRB400E16、HRB400E20、HRB400E22、HRB400E25规格钢筋,电渣压力焊接,在送检过程中发现18组焊接试件复检不合格的问题,经公司QC小组分析讨论,主要原因是电源电压,次要原因是天气和人员操作因素,焊接试件不合格涉及的部分暗柱主要分布于1#负一层,一层;2#二层,三层;3#负一层,二层,四层,五层;5#负一层,一层,二层,三层。对所涉及的少数钢筋混凝土构件采取碳纤维加固措施。 二、施工方法 1、主要材料:碳纤维片材采用:200g/㎡碳纤维布,配套用胶应满足 《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CESC146:2003)的物理 力学性能。 (1)、抗拉强度标准值≥3400MPa; (2)、受拉弹性模量≥2.4×105MPa; (3)、伸长率≥1.7%; (4)、弯曲强度≥700MPa; (5)、层间剪切强度≥45MPa; (6)、仰贴条件下纤维复合材与混凝土正拉粘结强度≥2.5MPa,且 为混凝土内聚破坏;

(7)、单位面积质量≤300g/㎡。 2、封堵材料由专业厂家提供,并应满足各项物理力学性能。(1)、抗拉强度≥40MPa; (2)、受拉弹性模量≥2500MPa; (3)、伸长率≥1.5%; (4)、抗弯强度≥50MPa,且不得呈脆性(碎裂状)破坏;(5)、抗压强度≥70MPa; (6)、钢-钢拉伸抗剪强度标准值≥14MPa; (7)、钢-钢不均匀扯离强度≥20KN/m; (8)、与混凝土的正拉粘结强度≥2.5MPa,且为混凝土内聚破坏(9)、不挥发物含量(固体含量≥99%)。

聚合物基复合材料

聚合物基复合材料 摘要:聚合物基复合材料以其特有的性能近年来越来越受到人们的青睐。本文简单的介绍了聚合物基复合材料,描述了其作为一种新材料的性能特点,并详细描述了其发展历史及应用。 关键词:聚合物、复合材料、应用、历史 1、聚合物基复合材料 复合材料是指:两个或两个以上独立的物理相,包括粘接材料(基体)和粒料纤维或片状材料所组成的一种固体物。 (1) 复合材料的组分材料虽然保持其相对独立性,但复合材料的性能却不是各组分材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。(2)复合材料中通常有一相为连续相,称为基体;另一相为分散相,称为增强材料。(3)分散相是以独立的形态分布在整个连续相中,两相之间存在着界面。分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。 聚合物基复合材料(PMC)是以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体,连续纤维为增强材料组合而成的。聚合物基体材料虽然强度低,但由于其粘接性能好,能把纤维牢固地粘接起来,同时还能使载荷均匀分布,并传递到纤维上去,并允许纤维承受压缩和剪切载荷。而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。纤维和基体之间的良好的结合,各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求,充分展示各自的优点,并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。 实用PMC通常按两种方式分类。一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料;另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。如:玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点,同时还有其本身的特殊性能。通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料。 而聚合物基复合材料一般都具有以下特性: 1. 比强度、比模量大。比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标,比强度越高,同一零件的自重越小;比模量越高,零件的刚性越大。复合材料的比强度和比模量都比较大,例如碳纤维和环氧树脂组成的复合材料,其比强度是钢的

碳纤维混凝土规范

碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 总则 1.0.1 为使采用碳纤维片材加固修复混凝土结构技术做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量,特制定本规程。1.0.2 本规程适用于房屋和一般构筑物的混凝土结构加固修复设计、施工和验收;铁路工程、公路工程、港口工程和水利水电等工程混凝土结构的加固修复及砌体结构、木结构加固修复中的共性技术问题,可参照本规程的有关规定执行。1.0.3 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构的设计、施工及验收,除应符合本规程的规定外,尚应遵守国家现行有关标准和规范的规定。1.0.4 采用粘贴碳纤维片材加固修复的混凝土结构,长期使用环境温度不应高于60℃.对处于特殊环境(腐蚀、放射、高温等)下的混凝土结构采用碳纤维片材进行加固修复时,还应遵守相应的国家现行有关标准和规范的规定,并应采取相应的防护措施。1.0.5 采用碳纤维片材加固修复混凝土结构前,应按照国家现行有关标准和规范对原有结构进行检测鉴定或评估。1.0.6 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构时,应由对该加固修复方法有经验的设计人员进行设计,并应由专业施工队伍进行施工。2.1术语2.1.1 碳纤维片材Carbon Fiber Reinforced Polymer Laminate 碳纤维布和碳纤维板的总称。2.1.2碳纤维布Carbon Fiber Sheet 碳纤维布为连续碳纤维单向或多向排列、未经树脂浸渍的布状碳纤维制品。2.1.3碳纤维板Carbon Fiber Plate 碳纤维板为连续碳纤维单向或多向排列、并经树脂浸溃固化的板状碳纤维制品。2.1.4 底层树脂Primer 用于

聚合物基增强材料

浅析聚合物基增强材料 关键字:聚合物基增强材料纤维 摘要:增强材料,是聚合物基复合材料的骨架。它是决定复合材料强度和刚度的主要因素。就象树木中的纤维,混凝土中的钢筋一样,它的存在必不可少。相应的,复合材料的性能在很大程度上取决于增强材料的性能,含量及使用状态。 1、概念 在聚合物基复合材料中,填充材料和增强材料都是必不可少的组成,一般,我们习惯上将仅对聚合物基体起到增量及降低成本作用的固体粉粒状物质称为该聚合物复合组成成分中的填充材料,而把可对树脂基体起到增强作用的长纤维或短纤维状物质称为该聚合物复合组成中的增强材料。而现在,随着表面处理技术的提高以及填充材料种类的扩展,大多数粉粒体填充材料也起到一定的增强作用。 1.1基本特征 作为聚合物基复合材料中的增强材料,应具有以下基本特征: 1.能明显提高基体某种所需的性能,如比强度、比模量、耐热性、耐磨性或 低膨胀性等; 2.良好的化学稳定性; 3.与树脂有良好的浸润性和适当的界面反映; 4.价格低廉。 1.2分类 从不同的物理状态出发,我们可将聚合物基增强材料分为纤维增强材料,片状增强材料颗粒状增强材料等。其中,纤维状增强材料是作用最明显,应用最广泛的一类增强材料。例如玻璃纤维,碳纤维等。这是由纤维状材料的拉伸强度和拉伸弹性模量比同一块状材料要大几个数量级,用纤维材料可对基体材料进行增强可得到高强度、高模量的复合材料。下面,介绍几种常见的纤维增强材料。 2.纤维增强材料 2.1玻璃纤维glassfiber 玻璃纤维,由熔融的玻璃液以极快的速度拉成细丝而成。它的质地柔软,具有弹性,可并股、加捻、纺织成各种玻璃布,玻璃带等织物。也基于其成本低、性能好等种种优点,玻璃纤维是目前使用量最大的一种增强纤维。 图1-1以SiO2为基本骨架玻璃纤维的一次结构 从物理性质来看,玻璃纤维外观呈现表面光滑的圆柱体,横截面几乎都是完整的原型,这样有利于提高玻璃纤维的堆密度。,从而增强玻璃钢制品中的玻璃含量。而在化学性质方面,

碳纤维补强加固混凝土结构

碳纤维补强加固混凝土结构 碳纤维是目前世界上已知的工程材料中比强度最高的,特别突出的是具有极高的抗拉强度和弹性模量。碳纤维布制成复合材料后的比重降低至钢铁的五分之一,是非常轻质的材料。同时,碳纤维又是一种力学性能优异的新材料。工程用的碳纤维是以高纯度的聚丙烯腈(PAN)为原料经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝,使一定量纤维的表面积增大很多,更利于加强与树脂胶的结合。施工中,树脂胶充分进入纤维之间,将各条纤维丝完全包裹起来,形成物理性能优异的复合材料。测试证明,碳纤维的抗拉强度可达4500N/mm2以上,形成复合材料后为3500N/mm2以上,分别是普通合金结构钢的9倍和7倍左右。碳纤维复合材料的弹性模量略高于普通钢材,碳纤维材料还具有优异的抗腐蚀性,对空气中氯离子含量高的沿海地区的结构加固工程特别适用。 碳纤维增强水泥:混凝土、水泥灰浆、水泥砂浆系列材料价格低廉,耐火、耐热、耐蚀性能优良,压缩强度也高,因此在土木建筑、海洋工程方面被大量使用。碳纤维增强水泥复合材料,在承受负荷时表面不再产生肉眼可见的龟裂,其拉伸强度和弯曲强度、弯曲韧性比不增强的高几倍到十几倍。其耐冲击性也得到改善。 由它制成的构件尺寸稳定,同时还具有防静电性、耐磨耗、耐腐蚀等性能,因而这些技术近年来得到较快发展。国外用碳纤维增强水泥的典型例子是:伊拉克巴格达建成的AL-Shaheecl纪念碑,在此大型建筑

结构上全面使用了碳纤维增强水泥;日本东京的37层的ARK事务所大楼外墙装修的幕墙,由碳纤维增强水泥灰浆制造。此后日本又陆续在大型建筑物上应用,并应用到桥梁建设中。 当前工程结构加固主要是应用碳纤片材。碳纤片材:有板状和布状编物两种,碳纤布更能适应不同结构外形的需要。碳纤布性能优劣除强度指标外,很重要的一点是对粘结剂的渗透性,和对粘结剂的消泡性能,这主要取决于碳纤布的编织技术,有些片材未经编织或无间隙,均会影响粘贴效果。主要的使用方法是将浸透了树脂胶的碳纤维布贴合到钢筋混凝土的受拉部位,如桥板的底面、梁体或桥墩的表面,并使其与混凝土结合成为一体,从而达到加固结构的目的。本方法还被广泛地用于隧道衬砌、建筑物的梁、柱等混凝土结构的加固补强工程。国内工程界已注意到此新兴的领域,各高等院校竞相投入在量人力和资金,成立课题组进行专题研究,相应设计规范正在审批中。近年国内许多加固工程已相继采用碳纤布进行加固,遍及建筑结构和铁路、公路桥梁,如广州古建筑六榕塔、广州市某立交简支梁桥、某高架路预应力箱梁、某高架路墩柱、海口市人民桥等;碳纤布加固突出的优点是加固后基本上不改变结构的外形,稍作处理则类似装修,在某五星级宾馆的梁板加固中被优先采用;但总的来说碳纤加固技术的应用在我国仍处于起步阶段,据有关报道,去年广州全年碳纤布用量仅为数千平米,相对于大量有待维修加固的桥梁和建筑物这是一个十分小的数字,应用前景应是很广阔的。

聚合物基复合材料中的增强材料--玻璃纤维

聚合物基复合材料中的增强材料—玻璃纤维 20世纪40年代,因航空工业的需求,发展了玻璃纤维增强材料(俗称玻璃钢),从此产生了复合材料这一名词.复合材料是指将两种或两种以上不同材料,用适当的方法复合而成的一种新材料,其性能比单一材料性能优越.它的使用历史可以追溯到古代,从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均使用两种材料复合而成. 复合材料与传统材料(如金属,木材,水泥等)相比,具有诸多优点.(1)轻质高强.普通碳钢的密度为7.8g/cm3,玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1.5~2.0g/cm3,只有普通碳钢的1/5~1/4,而机械强度却能超过普通碳钢的水平.(2)可设计性好.复合材料可以根据不同的用途要求,灵活的进行产品设计,具有很好的可设计性.(3)电性能好.复合材料具有良好的电性能,通过选择不同的树脂基体增,增强材料和辅助材料,可以将其制成绝缘材料或导电材料,例如玻璃纤维增强树脂基复合材料具有优良的电绝缘性能,并且在高频下仍能保持良好的介电性能.(4)耐腐蚀性好.聚合物基复合材料具有优异的耐酸性,耐海水性,也能耐碱盐和有机溶剂.(5)热性能良好.玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较小的导热系数,一般在室温下为0.3~0.4kcal/(m··h·k),只有金属的1/1000~1/100,是一种优良的绝热材料.(6)工艺性能好.纤维增强的聚合物基复合材料具有优良的工艺性能,可以通过缠绕成型,接触成型等复合材料特有的工艺方法制成制品. 在工业发展的大环境下,传统材料的物化性能和生产应用无法满足发展要求的问题日益凸显,而复合材料因其许多优良的性能,并且其成本

混凝土和增强材料的发展和应用

混凝土及其增强材料的发展和应用-----------------------作者:

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摘要:对混凝土(高性能混凝土、活性微粉混凝土、低强混凝土、轻质混凝土、钢纤维混凝土、自密实混凝土、智能混凝土等)以及混凝土增强材料(非金属配筋、新型预应力钢棒等)近年的应用与发展,作了简要的论述. 关键词:结构材料混凝土 混凝土是现代工程结构的主要材料,我国每年混凝土用量约10亿m3,钢筋用量约2500万t,规模之大,耗资之巨,居世界前列。可以预见,钢筋混凝土仍将是我国在今后相当长时期内的一种重要的工程结构材料,物质是基础,材料的发展,必将对钢筋混凝土结构的设计方法、施工技术、试验技术以至维护管理起着决定性的作用。本文对构成钢筋混凝土的主要材料--混凝土及其增强材料的应用与发展,从工程应用角度作简要介绍。 1 混凝土 组成钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向是高强、轻质、耐久(抗磨损、抗冻融、抗渗)、抗灾(地震、风、火〕、抗爆等。 1.1 高性能混凝土(high performance concrete, HPC) HPC是近年来混凝土材料发展的一个重要方向,所谓高性能:是指混凝上具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。从强度而言,抗压强度大于C50的混凝土即属于高强混凝土,提高混凝土的强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。采用高强混凝土,可以减小截面尺寸,减轻自重,因而可获得较大的经济效益,而且,高强混凝土一般也具有良好的耐久性。我国己制成C100的混凝土。已有文献报道1),国外在试验室高温、高压的条件下,水泥石的强度达到662MPa(抗压)及64.7MPa(抗拉)。在实际工程中,美国西雅图双联广场泵送混凝土56 d抗压强度达133.5MPa。 在我国为提高温凝土强度采用的主要措施有[1]:(1)合理利用高效减水剂,采用优质骨料、优质水泥,利用优质掺合料,如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用高效减水剂以降低水灰比是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施;(2)采用525,625,725号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及相应的外加剂,这是中国建筑材料科学研究院制备高性能混凝土的主要技术措施;(3)以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强度混凝土,这是重庆建筑大学在引进前苏联研究成果的基础上提出的研制高强混凝土的技术措施;(4)交通部天津港湾工程研究所采用复合高效减水剂,用525号水泥320kg/m3,水灰比0.43,和425号水泥480kg/m3,水灰比0.32,在试验室中制成了抗压强度分别为68MPa和65MPa的高强混凝土。 文献[2]报告了采用某些金属矿石粗骨料如赤铁矿石、钛铁矿石等,可以比用普通石料作粗骨料获得强度更高、耐久性和延性更好的高性能混凝土。 高强混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性,其主要缺点是延性较差。而在高强混凝土中加入适量钢纤维后制成的纤维增强高强混凝土,其抗拉、抗弯、抗剪强度均有提

碳纤维混凝土研究及发展概论

碳纤维混凝土研究及发展探析 B工管10X XXXXXXX XXX 摘要:碳纤维材料具有高强度、高模量、耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电、导热和远红外辐射等诸多优异性能。它的出现和广泛运用将会改变我们的生活方式和提高我们的生活质量。本文从碳纤维复合材料的优异性能、加固原理、施工工艺等方面论述了碳纤维材料在土木工程中的应用,具有一定的推广意义。 关键词:碳纤维;混凝土;加固 1.碳纤维混凝土加固技术研究的意义 2.1碳纤维混凝土加固技术现状及发展趋势 长期以来,水泥、钢铁和木材一直是土木工程中广泛使用的三大建筑材料。 由水泥和砂石骨料所组成的混凝土具有较高的抗压强度,而且耐水、耐火、耐腐蚀,加之近几十年来的科学研究和工艺改进,混凝土制备技术已较为成熟,因此作为一种成本低、可靠性高的建筑材料,混凝土在21 世纪的建材行业中仍将是人们的首选对象。但混凝土是脆性材料,抗拉强度低、韧性差,无法单独完成大型建筑如大跨度结构的设计要求。用钢筋作为增强材料的钢筋混凝土极大地改善了混凝土的抗拉、抗折性能,使得混凝土的大范围使用延续至今。然而,钢筋不耐腐蚀,在较为恶劣的环境下,锈蚀严重,丧失与混凝土的结合能力,使结构无法达到预定的设计效果。[1、2] 就目前国内外研究状况来看,碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等已成为混凝土增强材料的主要研究对象。而碳纤维具有强度高、模量大、耐腐蚀等优点,使其在混凝土增强研究中倍受人们关注,显示出旺盛的生命力。 2.2碳纤维混凝土技术研究的目的、意义 面对建筑材料发展中不断产生的新问题,建材研究工作者不断寻求新的解决方案。纤维增强水泥、纤维增强混凝土这一类复合材料发展很快,用石棉纤维、

碳纤维增强复合材料概述

碳纤维增强复合材料概述 摘要:本文对碳纤维增强复合材料进行了介绍,详细介绍了其优点和应用。并对碳纤维复合材料存在的问题提出建议。 关键字:碳纤维,复合材料,应用 Abstract: In this paper, the carbon fiber reinforced composite materials are introduced, its advantages and application was introduced in detail. And puts forward Suggestions on the problems existing in the carbon fiber composite materials. Key words: carbon fiber, composite materials, applications 1.碳纤维增强复合材料介绍 复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料,按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料,到目前为止,主要的发展方向是结构复合材料,但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。通常将组成复合材料的材料或原材料称之为组分材料(constituent materials),它们可以是金属陶瓷或高聚物材料。对结构复合材料而言,组分材料包括基体和增强体,基体是复合材料中的连续相,其作用是将增强体固结在一起并在增强体之间传递载荷;增强体是复合材料中承载的主体,包括纤维、颗粒、晶须或片状物等的增强体,其中纤维可分为连续纤维、长纤维和短切纤维,按纤维材料又可分为金属纤维、陶瓷纤维和聚合物纤维,而目前用得最多的和最重要的是碳纤维[1]。 碳纤维是一种直径极细的连续细丝材料,直径范围在6~8 μm 内,是近几十年发展起来的一种新型材料。目前用在复合材料中的碳纤维主要有两大类:聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维,分别用聚丙烯腈原丝(称之为前驱体)、沥青原丝通过专门而又复杂的碳化工艺制备而得。通过碳化工艺,使纤维中的氢、

碳纤维与混凝土的完美结合—碳纤维混凝土

碳纤维是一种高强度、高弹性且导电性能良好的材料。在水泥基材料中掺入适量碳纤维不仅可以显著提高强度和韧性,而且其物理性能,尤其是电学性能也有明显的改善,可以作为传感器并以电信号输出的形式反映自身受力状况和内部的损伤程度。 想了解更多碳纤维资讯,可以百度搜索“中国工程纤维网”,更多相关信息免费提供。 小飞象就跟大家一起来分享下这个实验吧: 将一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维掺入到混凝土材料中,可以使混凝土具有自感知内部应力、应变和操作程度的功能。 通过观测,发现水泥基复合材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。碳纤维水泥基材料在结构构件受力的弹性阶段,其电阻变化率随内部应力线性增加,当接近构件的极限荷载时,电阻逐渐增大,预示构件即将破坏。 而基准水泥基材料的导电性几乎无变化,直到临近破坏时,电阻变化率剧烈增大,反映了混凝土内部的应力一应变关系。根据纤维混凝土的这一特性,通过测试碳纤维混凝土所处的工作状态,可以实现对结构工作状态的在线监测,在掺入碳纤维的损伤自诊断混凝土中,碳纤维混凝土本身就是传感器,可对混凝土内部在拉、压、弯静荷载和动荷载等外因作用下的弹性变形和塑性变形以及损伤开裂进行监测。 试验发现,在水泥浆中掺加适量的碳纤维作为应变传感器,它的灵敏度远远高于一般的电阻应变片。在疲劳试验中还发现,无论在拉伸或是压缩状态下,碳纤维混凝土材料的体积电导率会随疲劳次数发生不可逆的降低。因此,可以应用这一现象对混凝土材料的疲劳损伤进行监测。 通过标定这种自感应混凝土,研究人员决定阻抗和载重之间的关系,由此可确定以自感应混凝土修筑的公路上的车辆方位、载重和速度等参数,为交通管理的智能化提供材料基础。

纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展

综 述 纤维增强聚合物基复合材料的界面研究进展 陈 平 于 祺 路 春 (大连理工大学化工学院,116012) 摘 要 本文较系统的综述了国内外增强树脂用玻璃纤维、碳纤维及芳纶纤维表面处理的方法,对各种改性技术的特点进行了评述,并指出了其进一步的发展趋势。 关键词 玻纤,碳纤,芳纶,表面处理,界面 Advance in the Study of Interface of Fiber Rein forced P olymer Matrix C omposites Chen Ping Y u Qi Lu Chun (C ollege of Chemical Engineering,Dalian University of T echnology,China,116012) ABSTRACT The sur face treating methods of G F,CF and AF used in resin matrix are summarized in this paper.The character2 istics of these methods and their further development are als o discussed. KEY WORDS G lass fiber,Carbon fiber,Aramid fiber,Sur face m odification,Inter face 1 前 言 界面是复合材料极为重要的微观结构,它作为增强体与基体连接的“桥梁”,对复合材料的物理机械性能有至关重要的影响。随着对复合材料界面结构及优化设计研究的不断深入,研究材料的界面力学行为与破坏机理是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一。复合材料一般是由增强相、基体相和它们的中间相(界面相)组成,各自都有其独特的结构、性能与作用,增强相主要起承载作用,基体相主要起连接增强相和传载作用,界面是增强相和基体相连接的桥梁,同时是应力的传递者。目前对增强相和基体相的研究已取得了许多成果,但对作为复合材料三大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入,其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难,描述的理论尚不完整,尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能,尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能,因此随着复合材料科学和应用的发展,复合材料界面及其力学行为将越来越受到重视。 热塑性复合材料不仅有优越的力学性能、耐腐蚀、无毒性和低价格指数,还由于具有热固性复合材料所不具备的可重复加工和使用的特点,避免产生三废,有利于环保,因而倍受人们的重视,发展迅速。对于增强热塑性复合材料来说,由于基体本身缺乏可反应的活性官能团,很难与纤维产生良好化学键结合,因而界面结合的问题就显得更为重要。 2 玻璃纤维的表面处理方法 玻璃纤维在复合材料中主要起承载作用。为了充分发挥其作用,减少玻璃纤维和树脂基体差异对复合材料界面的影响,以及减少玻璃纤维表面缺陷所导致的与树脂基体不良的粘合,有必要对玻璃纤维的表面进行处理,使之能够很好地与树脂粘合,形成性能优异的界面层,从而提高复合材料的综合性能。 2.1 玻璃纤维表面的偶联剂处理 Z isman[2]于1963年发表关于粘结的表面化学与表面能,认为要获得完全的表面润湿,粘结剂起初必须是低粘度且其表面张力须低于无机物的临界表面张力,这一结果引发了对采用偶联剂处理玻璃纤维表面的研究。偶联剂是增强用玻璃纤维表面处理的主要处理剂,种类很多,包括硅烷偶联剂、铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂等,通过偶联剂能使两种不同性质的材料很好地“偶联”起来,从而使复合材料获得较好的粘结强度。 2.1.1 硅烷偶联剂处理 用偶联剂对玻璃纤维表面处理中研究较多的是 第1期纤维复合材料N o1153 2005年3月FIBER COMPOSITES M ar1,2005

聚丙烯纤维增强混凝土

聚丙烯纤维增强混凝土 XXX (辽宁工业大学土木建筑工程学院,锦州) 摘要 纤维增强混凝土可以弥补一般混凝土的脆性缺陷。美、英、苏、日、中等国家先后对其进行了大量研究及应用。聚丙烯纤维作为各种纤维材料中的一种,以其极好的化学稳定性和优良的技术经济性能,在水泥基复合材料中得到日益广泛的应用。本文将介绍用于增强混凝土的各种聚丙烯纤维的特点及主要性能以及对国内外聚丙烯纤维增强混凝土的理论研究进展和应用研究。 关键词:纤维混凝土聚丙烯纤维性能进展 Fiber reinforced concrete can make up for the brittleness of concrete. The United States, Britain, Japan, Su, middle-income countries have conducted a lot of research and application of the. Polypropylene fiber is a kind of all kinds of fiber materials, with its perfect chemical stability and excellent technical and economic performance, is widely used in cement based composite materials. This paper will introduce for enhanced and the main characteristics of polypropylene fiber concrete and polypropylene fiber reinforced on the domestic and foreign research progress and application of theoretical research of concrete. Keywords: progress in polypropylene fiber properties of fiber reinforced concrete 聚丙烯纤维具有耐化学腐蚀、湿强度高、加工性好、质轻、蠕变收缩小、价格低廉和在低掺量下对混凝土的抗裂、增韧效果显著等优良的技术经济性能,因而在建筑工程中得到越来越广泛的应用。 利用纤维来改善混凝土的物理力学性能由来已久,由于聚丙烯纤维的加入,在混凝土硬化收缩和自由水分挥发收缩时,能够阻止微裂缝发展,有效抑制混凝土早期干缩微裂纹及离析裂纹的产生和发展,大大增强混凝土的抗裂抗渗能力;另一方面,聚丙烯纤维增强混凝土中的聚丙烯纤维能与水泥基体共同承受外力,在受荷初期,基体是主要承受外力者,当基体发生开裂后,横跨裂缝的纤维就成为外力的主要承受者,若纤维体积掺量超过某一临界值,即临界体积掺量,则复合材料可继续承受较高的荷载并产生较大的变形,直至最后聚丙烯纤维被拉断或从基体中拔出而破坏。总之,聚丙烯纤维既能在混凝土硬化形成强度时影响其微观结构又能改变混凝土受力时的应力-应变特性。 1 聚丙烯纤维对混凝土的影响 1.1工程上应用较多的几种聚丙烯纤维 1.1.1 经表面改性的束状单丝纤维 未经改性的聚丙烯纤维表面是憎水的,不利于形成良好的纤维一混凝土基体界面。采用硅氧烷、烷基磷酸盐等表面处理剂对传统聚丙烯纤维进行表面改性,可以改善纤维在混凝土基体中的分散性,提高纤维一基体的粘接强度,充分发挥出纤维增强混凝土的各项优势。 1.1.2 网状纤维 使用在高温高压下为聚合物的良溶剂、但在常温常压下为该聚合物贫溶剂的

钢纤维混凝土的性能综述

附件1:外文资料翻译译文 钢纤维混凝土的性能综述 摘要钢纤维混凝土(SFRC),作为一种新的土木工程复合材料,近年来已经得到广泛研究。本文对钢纤维混凝土的基本性能作出了简单的介绍,并通过以下几个方面的研究对钢纤维混凝土进行了讨论:钢纤维的含量和尺寸;三轴试验;拉伸和压缩性能;耐疲劳性能;动态力学性能;延性和一些其他性能。本文提出的问题还有待解决,且对高性能钢纤维混凝土的进一步发展前景提出了建议。关键词钢纤维混凝土SFRC 性能 1 引言 作为最常用的建筑材料,混凝土具有悠久的历史。在19世纪中期,由于钢筋混凝土(RC)的广泛使用,形成了新的工程结构形式,推动了设计和计算新理论,此外还有新的建筑技术。 然而,混凝土有一些固有的缺点,如抗拉强度低,延性差和能量吸收少。随着混凝土的强度增加,这些缺点就越显著。因此,很多专家努力改善混凝土的性能。改善普通混凝土性能的有效方法是在骨料和水泥混合时通过加入一小部分的钢筋(在大多数情况下为0.5%-2%)来实现的。钢纤维混凝土的研究起步于20世纪60年代。这些年来经过广泛研究之后,人们普遍认为,加钢纤维的混凝土可以显著提高混凝土的性能。 在钢纤维混凝土中钢筋的作用是限制裂缝的发展。在负载的初期状态,由骨料和钢纤维负荷,前者是主要载体。开裂发生后,靠近裂缝的钢纤维成为主要载体。如果钢纤维的体积分数超过某一临界值时,钢纤维混凝土能够承受较高的载荷和较大的变形,直到钢纤维被破坏或拉出。因此,与传统的普通钢筋混凝土相比,钢纤维混凝土具有较高的抗压强度、抗拉强度以及韧性。 2 钢纤维混凝土的性能

2.1 钢纤维的尺寸和含量 对于几种不同类型的钢纤维,它们具有不同的长度,直径,形状,以及不同的制造工艺。因此,20世纪90年代末对钢纤维混凝土的研究越来越普遍,而对于研究人员设计的实验室测试,他们关注的第一点就是钢纤维的含量和尺寸。 C.X.Qian等人研究了优化的钢纤维尺寸,钢纤维含量等参数。研究结果表明:钢纤维大小不同表现出不同的力学性能,且至少有一个方面的力学性能是不同的。少量纤维的添加对抗压强度有着显著的影响,而对抗拉强度只有轻微的影响。大量纤维则会产生相反的力学效应,这一措施可以优化纵横比。这种钢纤维尺寸的影响是由于不同的测试模式引起不同的裂缝密度所引起的。 在混合纤维系统中,协同效应可以实现与一个具有较高的总纤维含量的单丝系统所实现的效果相类似,这个系统对提供的不同类型和尺寸的纤维进行了适当的分配。 S.J.Pantazopoulou等人在2001年共测试了250个由不同钢纤维和聚丙烯纤维制成的混凝土圆柱体试件。结果表明:超细纤维的添加量<1%时,可以提高材料的弹性模量和应力-应变刚度峰值,但大量纤维混凝土的浇筑过程对压实度有着不利影响。峰后延展性可以通过加入长纤维来增强。当钢筋是具有轴向刚性的纤维时,纤维的依从性是由于沿纤维锚固长度方向有不可逆的损伤引起的,然而,对于弹性模量低的纤维,是由于它们是交叉裂纹路径可逆伸长的纤维。通过加入纤维影响混凝土的机械性能的变化是类似于被动约束引起的变化,这两者都提供一个对侧向膨胀混凝土的运动学约束,从而降低其发生率和失效率。 2.2 延性和疲劳 W.Yin等人在1995年研究了疲劳强度和普通钢纤维混凝土的性质。72个钢筋混凝土试件,其中有含量为1%(25毫米)的长纤维,在压缩疲劳强度上进行了测试。在0(单轴),0.2,0.5和1.0的应力比下分别得到的SN曲线,从而产生一系列的疲劳应力的纤维混凝土。研究发现,添加纤维不会增加混凝土耐久极限,但是有益于在低周期区域的持久极限。此外,添加纤维的混凝土增加其延展性,改变失效模式的分裂型断层类型。所有这些现象可以通过水泥砂基质的微裂纹发展来观察,并在基体和聚集体之间的粘合面进行说明。 Shanhou Lu 等人在1998年测试了带肋纹钢纤维高性能混凝土的弯曲疲劳强

浅谈纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/b37996039.html, 浅谈纤维素纳米纤维增强聚合物复合材料 作者:王雨朦顾锋雷汪迪良刘文峰刘金凤余阳洋 来源:《石油研究》2019年第04期 摘要:由于纖维素纳米纤维有着比较特殊的结构以及性能特征,所以在对增强聚合物,制作复合材料方面有着十分广泛的运用。本文主要阐述了纤维素纳米纤维的特点,以及对纤维素纳米纤维进行化学改性分析并简述纤维素纳米纤维增强聚合物的研究进展。 关键词:纤维素纳米纤维;增强;复合材料 一、CNF的表面化学改性 CNF有着一定的纳米尺度,并且含有着数量较多的羟基,所以经常会产生团聚的情况, 而且CNF和非极性聚合物的相容效果并不理想。通过对研究CNF进行化学改性,控制CNF 表面的极性以及自由能,有效地加强了CNF和增强聚合物的相容性,制备了性能非常优秀的复合材料。一般用到的CNF表面化学改性方式主要包括将CNF表面进行衍生化和表面接枝等。 (一)表面衍生化 CNF的表面衍生化改性通常都是针对CNF中的羟基所产生的相关衍生化反应,其中,最常见的便是CNF的表面酯化和醚化改性。和一些低分子醇类材料相同,CNF也能与酸产生反应并产生纳米纤维素酯,而和烷基化剂发生反应产生纳米纤维素醚等。CNF的酯化改性一般 包含乙酰化等,其反应过程可以在多种溶液中进行,产生相关的取代度不一的物质。而醚化改性通常是按照对CNF极性的需求,通过各种醚化剂的使用,使其和CNF中的羟基发生脱水成谜反应,实现减少CNF表面极性的目标。CNF进行衍生化改性之后,表面极性大大降低,表面的羟基变为非极性基团,并且加强了CNF和非极性聚合物的反应效果以及相容性。 (二)表面枝接 CNF的表面枝接改性一般都是利用游离基聚合和加成反应,来把聚合物中体积较大的分 子移接到CNF中,使CNF的直接聚合物既可以拥有CNF原本优秀的特征,还能够具有合成 聚合物的新特性,比如稳定性和吸水性等。把聚己内酯在催化剂的催化下通过开环聚合反应的方式移接到CNF中,加强CNF在非极性有机溶液中的散布能力。移接到CNF中的聚合物分 子不但能为CNF提高性能活性,而且还可以在横向上产生反应,相互结合,也提高了CNF分子的结构密集性。 二、CNF对聚合物复合材料的增强效果 (一)CNF对环氧树脂复合材料的增强

钢纤维和聚丙烯资料

上海猛特金属制品有限公司ShanghaiMontanMetalProductsCo.,Ltd W A VYWIRE波纹钢纤维 DESCRIPTION描述 Wavywireismadefromstraightwireintowavywire.Andtheyhasahightensilestrength,becausetheywouldbewiredrawnfr omwideintothin. 波纹钢纤维是由直的钢丝加工成波纹状的纤维。由于是粗到细加工而成,因此具有高的抗拉强度。APPLICATIONS应用 Theycanbeusedforconstructionindustry,forexample,concreteandmortarreinforcementetc.. 它们可用于建筑行业,如混凝土,灰浆增强等。 CHARACTERISTICS特征值 CHEMICALCOMPOSITION 化学成份: 0.07-0.10%C,<1.2%Mn,<0.07%Si,<0.05%S,0.05%P PACKING 包装: 25Kgpaperbagsonpalletsof1000-2000kgnet 每纸袋25KG,每拖1000-2000KG. FURTHERINFORMATION详情请咨询: Address;No.2771ofJiahangroad,Jiading,Shanghai. Tel:86-021-********Fax:86-021-******** 聚丙烯网状纤维 POLYPROPYLENEFIBER-MESH 聚丙烯网状纤维又称聚丙烯纤维网,是以聚丙烯为原材料,经特殊的生产工艺制造而成的,其外观为多根纤维单丝相互交联而成的网状结构,经添加功能母料改性和特殊的表面处理技术,使其在混凝土中具有极佳的分散性和良好的亲水性。 Withpolypropyleneasitsrawmaterial,thisfiber-meshisproducedbyspecialtechnology.Theproductsappearnet-like structurewithmanyfibermonofilamentsconnected. 当聚丙烯网状纤维投入到混凝土中后,在混凝土搅拌过程中,纤维单丝间的横向联结经混凝土的揉搓

碳纤维在混凝土中的应用_陈丽红

[中图分类号] TU528.582 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3550-(2006)04-0029-03 [收稿日期]2006-02-07 2006年第4期(总第198期)Number4in2006(TotalNo.198) 混 凝土 Concrete 全国中文核心期刊TheCoreJournalofChina 1碳纤维 碳纤维是有机纤维在惰性气氛中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物。它是由沥青纤维、聚合物纤维或含碳气体制成。20世纪70年代,英国首先用聚丙烯腈基(PAN)碳纤维研制碳纤维增强水泥基材料(CFRC)板材,使用于伊拉克Al-Shakeed纪念馆,开始了碳纤维增强混凝土研究与应用的先例。迄今为止,国际上已有多幢高层建筑应用了碳纤维增强混凝土板材,取得了好的效果。美、欧、日及亚洲其他国家包括我国台湾地区和韩国等都积极研究、开发生产碳纤维产品,其独特的特性是其他材料(如陶瓷和一些有机聚合物纤维束等)无法比拟的。目前,碳纤维增强混凝土作为智能材料正倍受国内外混凝土专家的研究与重视。 1.1碳纤维的制备 以聚丙烯腈原丝制备碳纤维为例,制备碳纤维的过程大体分三个阶段: 第一阶段是预氧化。在200℃~300℃的氧化气氛中,在原丝受张力的情况下进行,氧化过程是为了提高原料的高温稳定性,能使环化结构在较高温度下择优取向,显著地提高碳纤维的模量。由沥青和含碳气体制备的碳纤维不需要预氧化过程。第二阶段是碳化。在400℃~1900℃的惰性气氛中进行。这是碳纤维生成的主要阶段,在该阶段中除去了大量的氮、氢、氧等非碳元素,改变了原丝纤维的结构,形成了碳纤维。聚丙烯腈经碳化阶段后,碳化产率约为40%~45%,碳纤维的含碳率在95%左右,这是一种由梯形聚合物六元环所连结起来的叠状结构,具有很好的拉伸强度,在碳化阶段,随着热处理温度提高,纤维弹性模量也提高,但拉伸强度却在出现一个最大值后逐渐下 降。 第三阶段是石墨化。石墨化过程的目的主要是使纤维值的结晶碳向石墨晶体取向,使之与纤维轴方向的夹角进一步减小,以提高碳纤维的弹性模量和获得更高的强度。 由沥青和聚合物纤维制备的碳纤维已实现商品化,而含碳气体制备的碳纤维尚未进行工业化生产;前者由短纤维和连续纤维两种形式,后者仅以短纤维形式出现。由于沥青和含碳气体制备的碳纤维的石墨化程度比由聚合物制备的碳纤维的石墨化程度高,因而它们的导热率更高、电阻更低,同时原材料的成本也比聚合物制备的碳纤维低的多。然而目前市场上用聚合物制备的碳纤维仍占主导地位,因为它们综合了机械性能优良和成本合理两方面的优点。由于近年的研究和发展,纤维加工生产技术的改进,大大降低了生产成本。 1.2碳纤维的种类和等级 由于碳纤维所用原料(母材)不同,产品可分为二种:一种是通长的(PAN),多数是从聚丙烯晴纤维获得;另一种为短节(Pitch),系石油或煤焦油熔化制成。这两种纤维的制造工艺相同,通长的纤维直接来自聚合物,而短长纤维是基于熔化制成的纤维。 根据碳纤维的性能分:Ⅰ高性能碳纤维:在高性能碳纤维中又分为高强度碳纤维、高模量碳纤维、中模量碳纤维等;Ⅱ低性能碳纤维:这类碳纤维有耐火碳纤维、碳质碳纤维、石墨碳纤维等。 按用途不同,碳纤维可分为五个等级:(1)高模量(HM)纤维,模量>500GPa;(2)高强度(HT)纤维,强度>3GPa;(3)中等模量(IM)纤维,模量100~500GPa;(4)低模量(LM)纤维,模量100~200GPa;(5)普通用途(GP)短纤维,模量<100GPa和强度 碳纤维在混凝土中的应用 陈丽红,孟宏睿,惠雅莉 (陕西理工学院土木工程与建筑系 陕西汉中723000) [摘要]本文介绍了碳纤维的制备、碳纤维的结构和性能、碳纤维的分类与等级,重点讨论了碳纤维在混凝土中的增强阻裂作用、导电[关键词] 碳纤维;增强;性能;混凝土 Applicationofshortcarbonfibersinconcrete CHENGLi-hong,MENGHong-rui,XIYa-li (ShaanxiInstituteofTechnology;HanZhong723000,China) Abstract:Theproductivetechnology,structure,performanceandclassificationofshortcarbonfiberwereintroducedinthispaper.Thein-fluenceofshortcarbonfibertoconcretehasbeendiscussedasanemphasissuchas:blockingthedevelopmentofcrack,electricconductivity,sen-sitivitytothermometryandtheeffectofpiezoelectricity.Atlast,thetendencyofshortcarbonfiberusedasintelligencematerialtostrengthencon-cretehasbeenintroduced. Keywords:shortcarbonfiber;reinforce;performance;concrete 性、温度敏感性和压电效应,以及碳纤维增强混凝土(CFRC)作为智能材料的发展趋势。29??

(1)纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究

纤维增强聚合物基复合材料界面残余热应力研究 赵若飞 周晓东 戴干策 (华东理工大学聚合物加工室上海200237) 摘要:本文综述了聚合物基纤维复合材料界面残余热应力的形成、测定方法和各种理论分析方法。阐述了残余应力对界面粘结强度以及复合材料断裂韧性和强度的影响,最后对界面残余应力的控制方法作了评述。 关键词:聚合物基纤维复合材料 残余热应力 界面 1 前 言 聚合物基纤维复合材料的基体和增强纤维的热 膨胀系数存在很大的差异,而复合材料有相当部分 是在升温条件下成型的,当温度降低时,由于基体和 纤维的体积收缩率不同,会产生热残余应力,热固性 树脂在固化过程中发生体积收缩也会形成残余应 力。复合材料的残余应力同时存在于基体、纤维和 界面上,基体中的应力会使基体的性质发生变 化[1、2],使基体的耐冲击性、疲劳强度、压缩强度等下 降,甚至会引起基体的破坏。纤维中主要存在轴向 压缩残余应力,可能引起纤维发生曲折[3]。界面相 的残余应力有径向压缩或拉伸应力、环向拉伸应力 和界面剪切应力[4、5],这些应力都会对界面的粘结强 度和纤维的脱粘产生重要的影响[6~8]。 界面相残余应力的存在显然严重影响复合材料 的宏观性能,因此,人们一直希望能定量测定它,但 是界面层的厚度很小,属于微结构(纳米结构),而且界面存在材料的内部,所以难以直接测量残余应力[9]。纤维和基体中的残余应力则可采用各种实验方法来测定,例如光弹性法[2、10]、Ramman光谱法[11]、纤维总应变法[12]、碳纤维电阻率法[13]、单丝拔除法[14]等,可以通过测定邻近界面的基体或纤维中的残余应力来得到界面残余应力。另一方面,三十年来发展了有限元分析等各种理论分析方法研究复合材料残余应力[15~21],使人们对界面残余应力有了深入的认识。 近年来热塑性树脂基复合材料得到发展和广泛应用,人们对聚合物基复合材料的界面残余应力的研究越来越重视,这是因为与热固性树脂基复合材料相比,这种热塑性树脂在加工冷却过程中多伴有结晶的形成,与纤维的体积收缩比具有更大的差异[1、22] ,可能形成较大的界面残余应力。 2 残余应力的形成 聚合物基纤维复合材料有不少是在高于环境温度(150~300℃)的条件下加工,当体系温度降低时,会由于树脂和纤维的体积收缩不匹配而造成残余应力,表1列举了几种纤维和树脂的热膨胀系数和温度变化时的体积收缩率。由表1可见玻璃纤维是各向同性的,而碳纤维和凯芙拉纤维的横向和纵向热膨胀系数差别很大,当升温时沿纤维纵向收缩,横向膨胀。环氧树脂在固化过程中,伴随着化学反应体积发生收缩,产生残余应力,体积收缩率随树脂类型的不同在1%-6%范围内,固化完成后,环氧树脂随温度的降低继续发生一定的体积收缩,热膨胀系数在较窄的温度范围内(50~150℃)可看作常数(40~80ppm/℃)[24]。热塑性树脂在温度达到固化温度时(T c或者T g),体积收缩开始产生热应力,在达到固化温度以前,热塑性树脂仍然是熔体,虽然也有很大的体积收缩但却不产生残余应力,非晶型热塑性树脂的体积收缩率与环氧树脂相差不大,而结晶型的体积收缩率则相当高。 FRP/CM 2000.No.4

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