短切碳纤维混凝土静载力学性能及微观结构研究

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1、短切碳纤维混凝土静载力学性能及微观结构研究-->第一章绪论1.1概述建筑材料作为当今社会发展的一个重要组成部分，随着大规模建设而不断向前发展。随着工业文明的进步，建筑材料也发生了翻天覆地的变化。自从1920年英国人J.AsPdin发明波特兰水泥以来，在180多年的历史中，水泥工业、混凝土材料的力学和使用性能不断改善，高强、超高强混凝土得到了推广利用I‘]。混凝土成为全世界用量最大、应用最广泛的建筑材料。全世界水泥年产量和混凝土年耗量己分别达到22亿吨以上和超过55亿立方米l2]。由硅酸盐水泥、水、砂和石料组成的普通混凝土是建筑领域

2、中广泛使用的水泥基复合材料。它本身具有抗压强度高、耐腐蚀、耐水、耐火及耐久性等优点，在建设领域得到非常广泛的应用。但混凝土的不足之处在于抗拉和弯曲强度低，是一种脆性材料，韧性低。虽然后来以钢筋作为增强材料的钢筋混凝土极大的改善了混凝土的抗拉、抗折性能，其中钢筋受拉力，混凝土承受压力，发挥各自的优势，初步克服了混凝土抗拉强度低、用途受限制的特点。但是钢筋的锈蚀和腐蚀又是一个难题，它会使钢筋丧失与混凝土之间的综合工作能力，所以钢筋混凝土的耐久性问题又是一个无法避免而又急需研究的问题，虽然通过采取了很多措施，如:在混凝土中加入添加剂、在

3、钢筋表面涂覆防锈树脂等来防止这类问题，但都一直没有从根本上解决问题.......1.2碳纤维在国内外的应用情况1.2.1碳纤维在国内外工程的应用情况最早使用碳纤维增强材料的是1984年，日本鹿岛公司在伊拉克巴格达市建设Alshahed半球状纪念碑时，即在水泥制作中使用短切碳纤维，制成了增强型混凝土(CFRC)。到目前为止，已有30多座大型建筑使用碳纤维增强混凝土外墙墙板，日本东京ArHollMori一Bullding使用了一些碳纤维增强混凝土墙板，每块墙板的尺寸为1.47x3.76In:。这些以含重量3%的纤维增强的混凝土外板可承

4、受630Kg厂Inz的风压。而且外墙可实现减轻40%的重量，大楼钢架整体重量减轻400吨。到现在，全世界己经有上百个建筑物使用了CFRC。eF即(碳纤维，CartionFiberinforeedPolymer，简称eF即)在德国，瑞士、美国、日本等国家的实际结构加固中被广泛应用。瑞士EMpA试验室、德国IBMB研究院最早开始了采用不同的FRP(纤维，FiberReinforeedPolymer，简称FRP)材料加固混凝土梁的抗弯性能实验研究，在欧洲经过近20年的研究和实践，纤维加固技术已制定成各种规范及准则。在1990年之前，己经

5、用于6座桥梁的补强加固工程中，如瑞士的Oberriel一Mei川ngen莱因河桥。意大利于19%年首次大批量投入工程加固，如《南部地区》报社展览大厅、法拉明尼亚公路高架桥等。而美国利用CFRP对混凝土结构的加固是在20世纪80年代后期，19%年后广泛用于洛杉矶Glendale高速公路的桥梁等工程，特别是旧金山、洛杉矶地震后，美国的JRCI公司在1998年应用F即加固了3480座混凝土桥墩。该技术在日本自1986年第一次被用于对结构进行加固后，被广泛用于公路桥面板、桥墩、码头、隧道、烟囱和房屋等混凝土工程，如Hat浙、Hiyoshi

6、kura桥面、NikkUreyama隧道、Yoshino隧道等工程。1997年我国国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心在国内率先开始碳纤维材料加固修补混凝土结构试验研究开发及应用，且被定为国家“九五”重点科技攻关项目，采用进口材料在北京、上海、江苏等地区完成了一些粘贴CFRP加固的工程项目，取得较好效果。例如，南京新街口百货商店改造工程、上海展览中心中央大厅主体加固工程、宜昌市丁家坝大桥、广东曲海大桥、福建列东大桥、山东韩庄闸公路桥等桥梁工程的加固项目中广泛应用了CFRP粘贴技术。........第二章碳纤维性能和加入混凝土中的

7、原理方法2.1概述本章主要讲述用于试验的碳纤维的概念、加工、基本特点、缺点、分类、应用、发展简史、生产情况、发展前景等基本知识;短切碳纤维加入混凝土中的力学作用;短切碳纤维加入混凝土中的均匀化原理和均匀化效果的表征方法。2.2基本知识2.2.1碳纤维的概念碳纤维(carbonfiber)是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用碳纤是一种纤维状碳材料。2.2.2碳纤维的加工据相关资料表明，现在的生产工艺还不能直接用石墨或碳来加工碳纤维，只能采用一些含碳的有机纤维

8、(如尼龙丝、睛纶丝、人造丝等)做原料，将有机纤维跟塑料树脂结合在一起，放在稀有气体中，在一定温度和一定压强下炭化形成。从化学性质来看，碳的单质在一般高温下无法熔化(在3800K以上升华)，在各种溶剂中都不溶解，所以目前不能用碳的单质来制碳纤维。碳纤