碳纖維--是由有機(jī)母體纖維(例如粘膠絲、聚丙烯腈或瀝青)采用高溫分解法在1000～3000度高溫的惰性氣體下制成的。其結(jié)果是除碳以外的所有元素都予以去除。

   碳纖維還是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料,它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上,是鋼的7~9倍,抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上,而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右,其比模量也比鋼高。

   材料的比強(qiáng)度愈高,則構(gòu)件自重愈小,比模量愈高,則構(gòu)件的剛度愈大,從這個意義上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景,綜觀多種新興的復(fù)合材料(如高分子復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料)的優(yōu)異性能, 不少人預(yù)料,人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時代進(jìn)入到一個復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的時代。

   碳纖維研制和應(yīng)用可以追溯到1850年的碳素?zé)艚z,此后的研究應(yīng)用一直處于停滯狀態(tài),到上世紀(jì)五十年代隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和軍事工業(yè)的要求,碳纖維的研制和生產(chǎn),相繼解決了原絲的選擇和高溫碳化的工業(yè)生產(chǎn)工藝,使碳纖維應(yīng)用才進(jìn)入到一個新階段。

   首先是在航空航天等軍事領(lǐng)域的應(yīng)用,逐步擴(kuò)展到高級民用工業(yè),而真正用于建筑工程結(jié)構(gòu)加固也就只有近十多來年的歷史。

   碳纖維和石墨纖維一般統(tǒng)稱為碳纖維,含碳量都在95%以上,但碳元素只有在高溫高壓下才能熔融,不可能直接從碳元素制取碳纖維,理論上任何有機(jī)纖維經(jīng)碳化后均可制成碳纖維,實際上目前具有工業(yè)意義的原絲僅有聚丙烯腈纖維(PAN)和中間相瀝青,各國生產(chǎn)碳纖維主要是以聚丙烯腈纖維為原料,經(jīng)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細(xì)的纖維絲(直徑5~10μm),提高單絲強(qiáng)度,使一定量纖維的表面積增大很多,更利于加強(qiáng)與樹脂膠的結(jié)合。過去制約碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用的因素之一是原絲和成品的價格,剛研制成功時每公斤的碳纖維原絲價在1000美元以上,當(dāng)前已降至30美元以下;碳纖原絲產(chǎn)量最高的國家仍是日本和美國,而以碳纖布商品進(jìn)入中國大陸市場的則有日本、法國、瑞士和臺灣等地的產(chǎn)品,用進(jìn)口原絲加工編織的國產(chǎn)碳纖布亦開始進(jìn)入市場,市場競爭日趨激烈,價格正在逐漸下降。應(yīng)用:碳纖維成品在土木工程中應(yīng)用主要有纖維布、纖維板、棒材、型材、短纖維等,各有不同的使用范圍,而當(dāng)前加固工程中用量最大和最普遍的還是碳纖維布(片),碳纖維布常用的規(guī)格是200g/m2和300g/m2,厚度分別是0.111mm和0.167mm;碳纖維復(fù)合板厚度一般為1.2~1.4mm,由3~4層碳纖布經(jīng)過樹脂浸漬固化而成,主要用于梁、板的加固,用纖維板加固的結(jié)構(gòu),外形規(guī)整,施工簡便,但原材單價較高,國內(nèi)使用尚不普及。

   高性能碳纖維布的最主要指標(biāo)仍是其強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長.一般抗拉強(qiáng)度都在3500 Mpa 以上,彈模在230000 Mpa 以上, 伸長率在1.4%以上,結(jié)構(gòu)加固主要是利用碳纖維的高抗拉性能,廣泛用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁、板、柱和構(gòu)架的節(jié)點(diǎn)加固,也很適合用于古建筑物或砌體結(jié)構(gòu)的維修加固,恢復(fù)和提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能,國內(nèi)外成功的應(yīng)用實例已不勝枚舉。

          1995年日本板神大地震和臺灣大地震后之后,碳纖維作為耐震補(bǔ)強(qiáng)材料和技術(shù)的地位得到了進(jìn)一步的發(fā)展和確定。近年來在國內(nèi)不少高等院校、科研部門、和各大設(shè)計院參與到對碳纖維的應(yīng)用和研究,目前國家還沒有頒布正式的設(shè)計和施工規(guī)范,在建設(shè)部確定的研究項目中,已包括有“纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)用于城市橋梁的加固與修補(bǔ)研究”、“碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)”等課題,碳纖維的應(yīng)用研究已得到國家的重視。構(gòu)造: 對于受彎構(gòu)件碳纖布是粘貼于受拉區(qū),以補(bǔ)充鋼筋的不足,粘于梁的兩側(cè),以提高梁的抗剪能力,纏繞于混凝土柱外側(cè)約束了混凝土的側(cè)向變形,可以高柱的承載能力和柱的軸壓比,纏繞于桁架的節(jié)點(diǎn)可使節(jié)點(diǎn)得到整體的加固。碳纖布的層數(shù)可通過計算確定,考慮到各層的共同工作系數(shù),抗疲勞的能力和避免脆性破壞,一般建議不宜超過5層;從受力性能角度,單層優(yōu)于多層,窄幅優(yōu)于寬幅;必要時縱向可以搭接,搭接長度不得少于100mm,要保證碳纖維端部有可靠的錨固,除滿足計算要求外,還應(yīng)有必要的構(gòu)造措施。

   粘貼:粘結(jié)劑的性能和粘貼工藝是使被加固構(gòu)件與碳纖維布共同受力的保證,要求粘結(jié)劑對被粘貼界面和碳纖布有高的粘結(jié)力和強(qiáng)度,抗拉、抗壓、特別是粘貼抗剪強(qiáng)度應(yīng)遠(yuǎn)高于混凝土相應(yīng)的強(qiáng)度,粘結(jié)劑對界面和碳纖維布都要有良好的滲透性和相容性,具有抗沖擊、耐疲勞、抗老化等優(yōu)異性能,因此應(yīng)該采用專用的粘結(jié)劑;完善的施工工藝是加固效果的重要因素,主要的要求是:清理、修復(fù)、整平被粘貼面,被粘貼面應(yīng)干燥、防潮;采用專用的工具,涂布粘度較大的粘結(jié)劑,對碳纖布經(jīng)過適度的輾壓,使粘結(jié)劑充分浸漬于單絲中;消除氣泡,不允許出現(xiàn)離殼、亂絲、鄒折、扭曲的現(xiàn)象;完善的工藝和訓(xùn)練有素的工人,可以做到有效的粘貼面積在99%以上,使碳纖維的性能真正得以發(fā)揮 。

  此文章來自于互聯(lián)網(wǎng)，不代表本站觀點(diǎn)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除（QQ：844071366）