碳纤维抗爆性能研究.ppt

碳纤维布加固混凝土抗爆性能研究 专业： 结构工程 姓名： 陈 德 磊 学号1 　前　言 ◆混凝土是当代应用最广泛的建筑材料，它具有易成型、能耗低、耐久性好、价格便宜以及与钢材复合可制成各种承重结构的优点。但混凝土的自重大、脆性大、抗拉强度低等弱点限制了它的应用。纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要手段，它可使混凝土的抗拉强度、变形能力、耐动荷能力大大提高。目前，较为常用的纤维为钢纤维。钢纤维混凝土的抗拉强度、抗弯强度、抗裂强度、抗弯韧性和疲劳性能较普通混凝土有明显的提高 。碳纤维是一种新兴的高强纤维材料。由于碳纤维价格的不断降低，碳纤维水泥基材料日益得到广泛运用。碳纤维具有较高的抗拉强度和弹性模量，能显著提高水泥基复合材料的抗拉强度、抗弯强度和断裂韧性 。 ◆碳纤维是一种高新技术密集型产品，附加价值很高，碳纤维及其复合材料是发展航天航空和军事工业必不可少的新材料,也是民用工业亟需更新换代的新产品。 ◆国外碳纤维的研制始于七十年代初，主要是用聚丙烯腈( PAN) 碳纤维进行单向增 强 的研究，因PAN基碳纤维价格昂贵未能发展。1978 年，日本关羽化学工业公司 生 产了通用级沥青基碳纤维之后，碳纤维增强混凝土(CFRC) 才得到迅速发展。1982 年，日本鹿岛 建 设公司率先开发轻质CFRC 复合板，建 成 了巴格 达 AI－Sha heed 纪念馆。开始了工程 上的 首次应用。从此，CFRC 在建筑工程上的应用日益广泛。 ◆我国碳纤维的研制工作始于六十年代后期，至今已有30 多年历史,经过两代人的努力，从无 到有，从小到大，逐步形成了我国碳纤维工业的雏形。由此制成的碳纤维增强混凝土，比不含碳纤维的普通水泥混凝土的抗拉强度高2～4 倍，弹性模量高1.5～2 倍，具有较高的力学性能 。这样，CFRC 在建筑中被大量使用起来。其飞跃发展的趋势，正引起国内外建筑界的高度瞩目。除建筑材料以外，CFRC 还在军工、医疗器械、体育器材、导电及抗静电材料等领域获得了广泛的应用 。 2 碳纤维的特性 ◆碳纤维是用含碳的有机纤维，在惰性气体中，经预氧化和高温碳化等多道工序，形成具有石墨状的结构，正是这一特殊结构使碳纤维获得了特殊的高性能。 ◆由于碳纤维中的碳以共价碳的形式存在，沿晶格轴向分布，故而其强度高，弹性模量也高。其强度比钢大4 倍，比铅大7 倍，比铝大12 倍。抗变形能力比钢大2倍多，比玻璃纤维大5～6 倍。碳纤维对温度的适应范围相当宽，它既能耐高温，又能耐低温。在600 ℃高温时，其性能不变，而尼龙和玻璃纤维等非金属材料，随温度升高而强度下降；当- 180 ℃时，由于低温冷脆,钢铁脆性很大 ，而碳纤维布仍有较好的柔韧。碳纤维耐化学腐蚀性好，它不象金属那样容易生锈，在50 %的盐酸溶液中浸泡200 天，其直径和强度都不会变化。碳纤维的高温导热性极低，是耐火粘土的1/ 10 。 3 碳纤维混凝土的研究现状 ◆3.1碳纤维混凝土力学性能的研究 ◆3.2碳纤维混凝土耐久性的研究 ◆3.3碳纤维混凝土的机敏特性的研究 3.1 碳纤维混凝土力学性能的研究 ◆目前，主要研究了碳纤维混凝土的抗压、抗拉、抗折、抗冲击强度；碳纤维对混凝土断裂性能、韧性的增强作用。碳纤维会使混凝土的抗压强度有所降低，而抗拉、抗折、抗冲击强度均能得到不同程度的提高。文献 用压缩韧性指数衡量了碳纤维对混凝土韧性的增强作用，认为碳纤维混凝土的压缩韧性指数明显大于普通混凝土(增加 59 %～110 % ) , 且随着碳纤维掺量的增加,变形能力增强,承载能力增加。 3.2 碳纤维混凝土耐久性的研究 ◆对碳纤维混凝土耐久性的研究主要集中在碳纤维混凝土抗裂、防渗、抗冻、耐磨性等方面。碳纤维的加入降低了混凝土表面的析水与集料的离析，使混凝土中直径大于50 mm的孔隙含量大大减少，从而极大地提高抗渗能力。碳纤维混凝土在各种物理因素作用下的耐久性都有不同程度的提高， 其中耐冻融性和抗蚀性有显 著的 提高。掺有碳纤维0. 5 kg/ m 的混凝土 经150 次冻融循环，其抗压和抗弯强度约下降20 % ，而其它条件相同的普通混凝土却下降60 %以上。大量的试验表明,碳纤维混凝土在空气、污水和海水中都呈现良好的耐腐蚀性。经300 次浸海水循环,碳纤维混凝土氯离子浸入深度较普通混凝土小很多。 暴露在污水中3 年后的试件碳化深度小于3 mm，大大抑制了混凝土表层分层剥落破坏 。这些优点在水工结构、地下工程及工民建结构的防水工程、公路建设等方面有广阔的应用前景。 3.3 碳纤维混凝土的机敏特性的研究 ◆水泥基材料是一种高电阻的惰性材料，通过掺入一定体积含量的短切碳纤维，可显著提高其电阻率， 当水泥基材料内部裂缝产生和扩展