碳纤维复合材料在基础设施及土木建筑中应用研究

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1、碳纤维复合材料在基础设施及土木建筑中应用研究【摘要】随着我国社会经济发展，土木建筑工程规模及数量不断增加，碳纤维复合材料作为一种新型的材料，由于具有密度低、强度大、耐高温及耐腐蚀等优点，已经在土木建筑及基础设施工程里得到了较为广泛的应用，本文就碳纤维复合材料在基础设施及土木建筑里的应用进行了分析。【关键词】碳纤维复合材料CFRP;基础设施；土木建筑;应用碳纤维复合材料可简称为CFRP，具有高强、轻质、耐辐射及耐紫外线等优点，CFRP由于比其他复合材料更占据优势，获得较好的发展及应用，其最初仅应用在军事、航天及船舶工程里，随着应用范围不断扩大，也被广泛应用在了基础设施及土木建筑工程的建设

2、当中，CFRP在我国土木建筑及基础设施方面研究及应用是比较晚的，大约在1996年左右才开始的，现在研究及应用大多集中在片材加固及混凝土修复方面，并且在这方面的理论及技术上已经比较成熟。一、CFRP材料在土木建筑及基础设施里的特点CFRP材料在基础设施及土木建筑的应用主要具有下列特点，一是CFRP材料具有可设计性，当纤维复合材料或者CFRP作为结构材料进行应用的时候，因为是增强材料及基体材料组合，不仅能够保持原来分材料一些特点，在组合之后，还能发挥组合之后的一些新特性，可依据结构的需要来设计，从而满足单一材料所无法满足的一些性能要求；二是CFRP具有高强度及轻质特点，其抗拉强度比较高，与

3、普通钢筋相比，顺纤维方向的抗拉强度要大得多，当然其均匀性要比钢材要稍微差一些，并且各向异性，使得抗剪及抗多轴向力的强度也要低一些，其质量非常的轻，密度仅是钢材密度的1/5,在施工安装的时候是比较方便的；三是抗疲劳性及耐腐蚀性能比较好，通常钢筋等金属疲劳强度是拉伸强度的50%左右，可纤维复合材料疲劳强度一般是拉伸强度70%以上，具有较好的抗疲劳功能，一般建筑材料，像钢筋等是不耐腐蚀的，特别是在近海工程里，容易和周围空气、化学物质及海水等发生反应，让基础设施建设及土木建筑工程无法有效发挥出应有作用，造成较大损失，像CFRP等纤维复合材料具有比较好的耐腐蚀性能，用CFRP材料所制成设备及构件

4、具有较好耐碱、酸及盐等化学物质侵蚀；四是抗震性能及安全性能比较好，CFRP材料和原有建筑材料相比，自振频率比较高，不会出现共振情况，并且在加载频率及速度之下，基本上不会出现由于共振产生快速断裂的情况，并且在纤维复合材料里，具有较多独立纤维如果复合材料承载过量也不会马上发生纤维断裂，即使有少量的纤维断裂，也会吧载荷重新分配到其他没有被损坏纤维上面，从而防止基础设施及土木建筑工程构件瞬间失去承载能力产生断裂；五是具有较强美学欣赏可塑性，CFRP材料是比较柔软的，产品形状基本上不受限制，能够任意着色，把结构形式及材料美学进行结合统一、CFRP材料在基础设施及土木建筑里的应用1.CFRP能够增

5、强混凝土应用在基础设施及土木建筑里，混凝土均是不可缺少的应用材料，并且使用量非常大，通常使用钢筋增加强度，可钢筋自身一般具有容易受到酸碱作用的腐蚀，也会对混凝土造成一定破坏，这就需要寻找新型混凝土产品，在这种情形下，纤维混凝土应运而生，它是对混凝土创新，最早所使用的是波璃纤维、钢纤维及维纶来增强混凝土，现在一般是运用CFRP材料来增强混凝土。纤维材料自身具有模量、强度、断裂长度及空间结构等决定了混凝土性能，运用CFRP材料能够增强混凝土的拉伸强度、防裂性能及抗弯强度，能够用作装饰材料，也可以用作护墙板、墙板及主体建筑物等。原有混凝土结构具有劣化及腐蚀等问题，尤其是钢材锈蚀是最常见的，并

6、且还会发生安全事故，后来使用了钢纤维，可钢纤维具有成本高及容易腐蚀的问题，其应用是比较有限的，后来玻璃纤维拉伸强度要比钢筋优越的多，并且重量也仅是钢筋重量的1/4,受到海水及水泥侵蚀程度要远比钢筋低得多，可坡璃纤维具有容易折断及不耐碱的特点，并且应用具有污染性，而碳纤维具有高强度、低密度及高硬度等特点，并且弹性模量及抗拉强度均比较高，还能导磁导电、耐高温、耐磨损、耐恶劣环境且能和混凝土良好粘结，使得CFRP混凝土得到了较为广泛应用，当然由于碳纤维具有导磁导电特点，有些建筑是不能应用的，像日本学者就运用纤维毡当作吸附电磁波功能的组分，进行轻质及防震功能幕墙，这种CFRP材料不仅能够屏蔽电

7、磁波，还能够运用交通智能系统的应用，CFRP材料诸多优点使得它在土木建筑及基础设施建设里备受青睐。1.CFRP在结构补强材料里的应用CFRP材料主要应用在基础设施及土木建筑工程结构的补强材料里，原有补强材料主要是钢板，具有自重大、易老化、耐腐蚀差及施工不方便等缺点，现在所应用补强材料一般是CFRP材料，一般比较适合钢筋混凝土的结构变更、强度不足、存有裂缝及荷重增加等加固的修补工程里，和原有粘钢板技术比较，这种CFRP加固技术具有高效高强、维护性