碳纖維混凝土人工巖

CFRC具有耐磨性、耐干縮性、抗?jié)B性和抗化學腐蝕性能好等優(yōu)點，用作建筑材料的涂層和路面材料是很理想的，在實際建筑中使用有相當潛力。在建筑工程領域內，廣泛應用的是短切瀝青基碳纖維混凝土，主要制成各種屋面、內外墻、地面及天花板的板材，也可用于承載構件。1982年，日本鹿島建設公司率先開發(fā)輕質CFRC復合板，建成了巴格達AI—Shaheed紀念館，開始了工程上的首次應用，此后又有40多個大型建筑中使用CFRC用作外墻墻板和幕墻材料。他們表現(xiàn)出耐高溫、輕質高強、面積大、接縫少、柔韌性好、抗震抗風能力強、工期短等優(yōu)點。

當前，另外一種發(fā)展趨勢就是PAN基碳纖維來增強水泥，性能上優(yōu)于通用瀝青基碳纖維。如加拿大1993年在Calgary建造了一座新的兩跨度的公路橋乜)，在這座橋的橋墩部分首次采用了碳纖維復合材料代替混凝土中的鋼筋。日本鹿島和住友化工公司利用PAN基碳纖維長絲浸漬環(huán)氧樹脂固化后的補強筋代替鋼筋已有產品上市。

單向增強混凝土和普通混凝土受彎時應力應變曲線如圖1《混凝土受彎時應力和應變曲線圖》所示?？梢钥闯觯啾绕胀ɑ炷?，碳纖維增強混凝土不僅抗拉強度增加，而且表現(xiàn)出良好的韌性。這是因為纖維的拉出，需要吸收很多的能量。

美國紐約大學的DDL.Chung等人通過大量的對比實驗發(fā)現(xiàn)混凝土中摻加少量的碳纖維(質量百分含量為0.6%左右)，材料的抗拉強度和抗拉延性分別提高30% 和25% .當對摻人其中的硅粉和碳纖維進行表面處理(如臭氧處理，硅烷處理等)后，其強度可進一步增加。此外，摻入碳纖維后相同齡期的干縮值較普通混凝土明顯降低，實驗數據顯示其28d的干縮值降低32%。

20世紀70年代，英國首先制作了聚丙烯腈基（PAN）碳素纖維增強水泥基材料的板材，并應用于建筑，開創(chuàng)了CFRC研究和應用的先例。

在所有元素中，碳元素在構成不同結構的能力方面似乎是獨一無二的。這使碳纖維具有極高的強度，高阻燃，耐高溫，具有非常高的拉伸模量，與金屬接觸電阻低和良好的電磁屏蔽效應，故能制成智能材料，在航空、航天、電子、機械、化工、醫(yī)學材料、體育娛樂用品等工業(yè)領域中廣泛運用。

CFRC人工巖是把碳纖維攪拌在水泥中，制成的碳纖維增強混凝土，并用于造景工程。CFRC人工巖與GRC人工巖相比較，其抗鹽侵蝕、抗紫外線照射能力等方面均明顯優(yōu)于GRC，并具耐高溫、抗凍融合抗干濕變化等優(yōu)點，是耐久性優(yōu)異的水泥基材料，適合于沿海地域等各種自然環(huán)境的護岸、護坡。由于其可塑性強，更適用于園林假山造景、浮雕、廣告牌等各種景觀的再創(chuàng)造。

碳纖維混凝土已在以下方面得到了廣泛應用 ：

(1)在混凝土中加入適量的短切碳纖維，可以提高混凝土的抗拉強度、彎曲強度和抗沖擊性能，降低干縮，改善耐磨性能，提高混凝土的減震能力，改善新舊混凝土之間的粘結強度和提高磚與砂漿的粘結強度，因而在實際建筑中使用有相當潛力。利用短切碳纖維增強混凝土，可以制成各種屋面、內外墻、地面及天花板的板材等，未來的一種發(fā)展趨勢是利用通長碳纖維增強混凝土作為承重構件。

(2)碳纖維能阻止混凝土構件裂縫的擴散展開，而我國高強度混凝土裂縫問題較突出，因而可研究嘗試采用碳纖維來改善高強度混凝土的性能。

(3)在混凝土中摻人碳纖維可顯著改善其導電性能，所以，碳纖維混凝土可在工業(yè)防靜電、接地工程和鋼筋陰極保護等方面發(fā)揮重要作用。

(4)在普通混凝土中填加短切碳纖維，可以顯著增強混凝土的電磁屏蔽性能，因此，碳纖維屏蔽混凝土可以應用于軍事和商業(yè)中，例如防止核爆炸電磁殺傷、干擾和常規(guī)電磁武器殺傷、電磁屏蔽防護、電磁信號秘密的保護等，還可以應用于民用建筑以防止電磁污染。

(5)碳纖維混凝土的力電效應與混凝土的力學行為關系密切，因而其電熱效應可用于橋梁路面的融雪化冰。

(6)利用碳纖維混凝土的力電效應，可以為無損傷檢測混凝土強度等提供新的方法。

(7)近年來，利用碳纖維增強材料修復補強混凝土結構的技術已日臻完善且迅速發(fā)展。例如，意大利的不少工業(yè)廠房(如雙曲薄殼)、橋梁、住宅(混凝土框架)采用粘貼碳纖維增強塑料筋帶進行加固效果明顯，達到原有強度和剛度的性能要求;日本在橋梁、橋面板、隧道工程中也有采用碳纖維增強塑料筋片獲得成功的實例;連續(xù)纖維增強塑料(FRP)補強加固技術日臻成熟，世界各國先后編制出相應的規(guī)范，我國于2003年頒布了CECS 146：2003《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程》。

(8)碳纖維混凝土具有溫敏性，即溫度變化引起的電阻變化(溫阻性)及碳纖維混凝土內部的溫度差會產生電位差的熱電性(Seebeck效應)，因此，可用于對建筑物內部和周圍環(huán)境變化的實時監(jiān)控;也可以實現(xiàn)對大體積混凝土的溫度自監(jiān)控，以及用于熱敏元件和火警報警器等;可望用于有溫控和火災預警要求的智能混凝土結構中。

(9)利用碳纖維混凝土的力學機敏性，通過監(jiān)測碳纖維混凝土的電阻變化率，就能夠掌握碳纖維混凝土結構的應力應變狀態(tài)，以實現(xiàn)對結構物損傷的定位及損傷程度的評估，可用于大壩、橋梁及重要的建筑結構，實現(xiàn)對結構的實時在線監(jiān)測。

序

前言

第1章緒論

第2章碳纖維增強復合材料的物理力學性能

第3章CFRP筋用黏結式錨具

第4章CFRP筋用夾持式錨具

第5章CFRP筋用復合式錨具

第6章碳纖維增強復合材料的功能特性

第7章CFRP斜拉索非線性靜動力特性及參數分析

第8章CFRP索斜拉試驗橋靜動力學試驗研究與分析

第9章CFRP索長大跨斜拉橋靜動力學分析

第10章碳纖維混凝土材料及其結構的智能特性 2100433B

以水泥漿、砂漿或混凝土作基材，以纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料，稱為纖維混凝土。纖維可控制基體混凝土裂紋的進一步發(fā)展，從而提高抗裂性。由于纖維的抗拉強度大、延伸率大，使混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊強度及延伸率和韌性得以提高。纖維混凝土的主要品種有石棉水泥、鋼纖維混凝土、玻璃纖維混凝土、聚丙烯纖維混凝土及碳纖維混凝土、植物纖維混凝土和高彈模合成纖維混凝土等。

編著者的話

前言

術語表

符號表

緒論

碳纖維及其增強復合材料簡述

碳纖維分類

碳纖維的主要特性

碳纖維的發(fā)展簡史

碳纖維在水工程中的應用

碳纖維補強加固混凝土結構機理

碳纖維與粘結劑的材料性能

混凝土梁碳纖維增強復合物加固機理

碳纖維加固有初始裂縫混凝土梁時，對稱集中茶載作用下的界面剪應力

碳纖維混凝土的阻裂作用

纖維增強聚合物筋混凝土的粘結機理

碳纖維加固混凝土結構的設計計算

國外FRP設計指南與設計原則

碳纖維片材受變加固設計計算

碳纖維片材受剪加固設計計算

柱的抗震加固計算

……

碳纖維增強鋼筋混凝土配合比設計

碳纖維補強加固施工工藝

碳纖維補強加固混凝土結構的典型應用案例

碳纖維增強混凝土的典型應用案例

附錄

……