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安徽建筑 2 0 1 4年第 6期( 总 2 0 0期 ) 浅谈碳纤维混凝土的基本特性及研究进展 S t u d y o n Ba s i c Ch a r a c t e r i s t ic s a n d Re s e a r c h Pr o g r e s s o f Ca r b o n F i b e r Co n c r e t e 孙玉军 ， 吴本清 ， 李俊飞 ( 青岛高新区工程质量检测有限公司 ， 山东青岛2 6 6 1 1 1 ) 摘 要 ： 碳纤维混凝土是一种新兴的本征智能材料 ， 具有良好的材料 力学性 能和机敏特 性 ， 一经 问世 便在 工程 实践 中得到 广泛应 用 ， 特 别 在结构加 固领域更是展现 出了广 阔的应 用前景。为了使这种新 型功 能 材料更好的展现 自身的性能优越性， 更好的投入到实际工程中， 还有 很 多问题需要进一步地研 究。 关键词 ： 碳纤维混凝土； 力学性能； 抗裂性； 抗渗性 中图分类号 ： T U 5 2 8 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 4 ) 0 6 0 1 6 1 0 2 0 引 言 碳纤维混凝土就是将短切碳纤维均匀的加入到普通混凝 土中而制成的纤维增强水泥基复合材料。与普通混凝土相比， 作为一种土木工程界新型的功能材料 ，它不仅具有抗拉强度 高 、 极限抗拉应变大等 良好力学性能， 而且还具有温度和压力 的自感知以及电磁屏蔽等机敏特性， 并且其与混凝土结构相容 性好， 因此在大坝、 桥梁、 道路、 原子能发电站、 海洋结构物等大 型复杂土木工程结构中的健康监测以及电子设备的电磁屏蔽 等领域均具有广泛 的应用前景 。 1 碳纤维 混凝土的主要 力学性 能 表 1 为几种碳纤维的基本性能。由表 1 可见， 碳纤维具有 高抗拉模量和抗拉强度 ， 因此 ， 它的加入不仅可以提高混凝土 的抗裂性、 抗渗性， 减少收缩变形， 而且混凝土的力学性能亦得 到明显改善， 因此混凝土结构的抗疲劳特性以及抗震性均有所 提高。 碳纤维的基本性能 表 1 1 1抗拉强度 碳纤维表面光滑 ，因此与水泥基体的界面粘结力较弱 ， 但 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 0 1 7 作者简介 ： 孙玉军( 1 9 6 0 一 ) ， 男， 山东青岛人 ， 高级工程师， 主要从事建 筑材料检 测及材料性能研究工作。 碳纤维仍能显著提高混凝土的抗拉强度。通过试验表明， 对于 不同水灰比的短切碳纤维砂浆，当碳纤维体积掺入量在 4 5 以下时，纤维体积掺入率每增加 1 ，其抗拉强度可至少提高 0 6 6 MP a甚至高达 2 1 4 MP a ，并且随着混凝土中碳纤维含量的 逐步提高， 其增强效果也相应提高。当碳纤维体积掺入量达到 5 时，碳纤维体积掺人量与混凝土的抗拉强度几乎接近于线 性变化趋势 。 一般来说 ， 碳纤维增强混凝土的抗拉强度比不含 碳纤维的普通水泥混凝土的抗拉强度高 3 倍左右。 碳纤维混凝土不仅具有较高的抗拉强度 ， 而且其极限拉应 力也得到较大增强， 且在一定范围内随体积掺入量的增加而增 加。 试验表明， 在掺入某些外加剂的作用下， 对于碳纤维体积掺 入量 为 3 的碳纤维砂浆 ，其极 限抗拉应变可 以达到其纯料浆 的 2 0 4 0 倍_引 。较高的极限拉应力使混凝土结构的抗震性能得 到了显著提高。 1 - 2抗压强度和抗弯强度 试验表明， 碳纤维砂浆的抗压强度随碳纤维体积掺人量的 增加而降低 ， 分析原因是由于在搅拌纤维的过程中带入了一定 的气泡造成的。这种强度的下降可以通过加入适当的超细物 料、 外加剂和改善搅拌工艺等措施而得到一定的补偿。 随着纤 维掺入百分率 的增 加 ， 其抗弯强度也 大致呈 线性 增 加 的趋势。试验表明 ， 与素混凝 土相 比碳纤维 混凝 土的压缩韧 度指数可提高 6 0 1 0 0 ， 并且随着纤维掺量的增加而增加。 2 碳纤维混凝土 的压敏性 能及温敏 性能 2 1碳纤维混凝土单次加载下的压敏性能 吕 料 0 2 O 4 0 压应力 MP a 图 1 碳纤维混凝土单次加载下的压敏特性 图 1 为碳纤 维混凝土在 逐渐加压 直至破坏 的全过程 中电 阻率的典型变化曲线。由图可见， 电阻率与压应力之间的关系 可分为以下三个阶段： A B段， 压应力较小 ， 电阻率随压应力 ( 下转第 1 8 7页) 建 筑 材 料 安 徽 建 筑 圆 重 安徽建筑 2 0 1 4年第 6 期( 总 2 0 0 期) 法， 健全限额合同事前审计， 重大合同全过程参与的监督机制 ， 有效防范因合同签订不规范而引起的纠纷。 2 4提高财务人员素质， 有效推进项目核算控制 工程项 目财务管理不同于一般财务管理， 其对财务人员的 要求更高， 不仅需要掌握工程项 目的施工流程 、 工程预算 、 成本 核算的专业知识， 还要具备较高的职业判断能力。为此， 财务人 员要不断增强 自身的职业判断意识， 方能有效确保财务信息的 真实可靠。在工程项目财务管理中， 财务人员应参与工程项 目 的决策 ， 利用专业知识为企业决策提出合理化建议， 有利于工 程项目的事前、 事中和事后控制 ， 做好工程项目的闭环管理。 财 务人员必须严格按照规章制度办事， 依法合规支付款项， 加强资 金的监督管理， 确保工程项 目资金运行的安全、 高效； 必须确保 ( 上 接 第 1 6 1页 ) 的增加而减小；B C段， 此时压应力大约处在其强度的 3 0 4 0 ，电阻率变化趋势平缓； c o段 ，压应力处在其强度的 4 0 以上， 电阻率出现急速上升阶段。大量试验表明， 碳纤维混 凝土的电阻率在逐渐加压直至破坏的全过程 中的变化形式基 本相同， 仅在数值上有微小差异。 当碳纤维掺量大、 电阻率较低 时， A B段的变化幅值相对比较大， 且变化 比较稳定， 而当碳纤 维掺量小、 电阻率较高时， A B段的变化幅值相对较小。 电阻率呈现如图 1 所示的变化规律 ， 分析原因为： 碳纤维 混凝土是由导电性不 良的水泥基体中均匀分散着导电性良好 的碳纤维而形成的复合材料 。在压应力的作用下， 纤维问的水 泥基材间隔变薄， 纤维间的绝缘势垒相应减小， 因此混凝土的电 阻率显著降低； 当压应力达到一定程度后， 水泥基材间隔变薄造 成电阻率下降， 同时产生破坏裂纹和纤维断裂 ， 从而造成电阻 率的增加， 当电阻率的升与降达到动态平衡时， 数值保持相对稳 定； 如果压应力继续增加， 混凝土内部产生大量的裂纹而趋于 破坏， 此时电阻率将因此而迅速升高。 2 2纤维混凝土循环加载下的压敏性能 压应力与电阻率的变化率之间有很好的对应关系， 在循环 荷载作用下， 电阻率随压应力的增大而减小， 反之亦然。在初始 几次，当卸荷为零时， 由于纤维与砂浆的界面出现了微小的损 伤， 电阻率的变化率并不为零， 随着循环次数的增加， 电阻率变 化率最大和最小值均相应减小， 当达到 1 5 0次以后逐步达趋于 稳定14 1 。 3 碳纤维混凝土的抗裂及抗渗性能 3 1抗裂能力 经过特殊的生产工艺进行表面处理后的纤维， 与水泥基料 有极强的粘结力。 通过对几种主要的混凝土增强塑料纤维丝进 行研究， 发现与其它几种纤维比较， 此纤维可握裹更多的集料 ， 因此与水泥基体有更强的结合力 ， 在混凝土中的抗裂能力更为 显著。由于纤维可以迅速而轻易地与混凝土材料混合 ， 分布极 其均匀、 彻底 ， 能在混凝土( 砂浆 ) 内部构成一种均匀的乱向支 撑体系， 从而产生一种极其有效的加强效果。 在混凝土( 砂浆) 中加入纤维， 是控制混凝土塑性收缩 、 干 缩等非结构性裂缝的有效手段； 同时， 还可以有效阻碍骨料的 离析 ， 保证混凝土早期均匀的沁水性， 从而阻碍了沉降裂纹的 形成 。 但是， 纤维是一种低碳横纤维 ， 掺量少 ， 对混凝土的抗压强 度 、 抗折强度的提高几乎没有影响， 因此不能作为结构性增强 材料使用。 工程财务决算的真实性，进一步降低电力工程项 目实际成本， 实现供电企业经济效益最大化。 参考文献 川 1 樊炜 县级供电企业财务管理优化路径选择基于降低经营风 险的探讨fJ 】 广西电业，2 0 1 l ( 5 ) 2 王俊涛 县级供电企业财务管理模式研究 J 】 财经界( 学术) ， 2 0 1 0 ( 1 6 ) 【 3 乔青， 林尚力 集约化模式下对县级供电企业财务管理问题的思考 【 J 】 会计之友，2 0 1 1 ( 3 6 ) 4 葛琦 对县级供电企业财务管理的思考f J 】 城市建设理论研究， 2 0 1 1 ( 3 6 ) 3 2抗渗防水性 能 纤维能大大增强混凝土或砂浆防水抗渗的能力。 纤维可以 有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹的产生和发展 ， 减 少混凝土的收缩裂缝 ， 尤其能有效抑制连通裂缝的产生， 降低 混凝土表面的析水与集料的离析，可以极大地提高抗渗能力。 因此， 纤维在刚性 自防水材料抗渗裂领域有显著效果。 3 3抗冲击及抗震能 力 混凝土中加入纤维凝固后， 握裹水泥的高强纤维丝相粘连 成为致密的、 乱向分布的网状增强系统 ， 有利于防止并控制微 裂的产生和发展， 增强混凝土的韧性。极大地保持了混凝土的 整体强度 ， 混凝土受冲击时纤维能吸收大量能量 ， 从而有效减 少集中应力的作用 ， 阻碍混凝土裂缝的迅速扩展 ， 增强混凝土 的抗冲击及抗震能力 。这一特性对于受到冲击疲劳作用的一 些混凝土结构( 如道路、 人行道、 停车场、 停机场等 ) 是非常有用 的。 4 结论 碳纤维主要通过物理力学作用改善混凝土内部结构， 进而 改善和提高混凝土的性能， 但不会改变混凝土中各种材料的化 学性能， 因此不会影响到混凝土的耐久性。但相对于碳纤维混 凝土在工程实践中的广泛应用， 其各项性能仍需进一步深入研 究 。 碳纤维混凝土电阻率的稳定性还有待解决。 特别是由于 碳纤维直径细小、 表面憎水所造成的无法较好均匀分散而导致 的混凝土电阻率波动的问题， 因此此类材料在工程应用中存有 很大程度的局限性。 在混凝土中加入碳纤维对提高混凝土的抗压强度和抗 弯强度影响甚微， 但对提高混凝土的抗裂能力 、 抗渗防水性能 以及抗冲击 、 抗震能力有显著的效果， 该优良特性在实际工程 中得到了广泛的应用。 参考文献 【 1 1 梁福康 碳纤维混凝土 J 】 建筑技术， 2 0 0 1 ( 1 ) f 2 12 申豫斌，谢慧才 碳纤维水泥砂浆的配制及力学性能测试 J 】 _ 混凝 土 2 0 0 1 ( 7 ) 【 3 邓宗才 高性能合成纤维混凝土 M 】 北京：科学出版社， 2 0 0 3 4 】 韦文兵， 谢慧才， 张巍 不同掺料的碳纤维水泥砂浆的压敏性研究【 J 混凝土 与水泥制 品， 2 0 0 2 ( 6 ) 【 5 5 张永存， 李青宁混凝土裂缝分析及其防治措施研究【 J 】 混凝土， 2 0 1 0 ( 1 2 ) 建 筑 经 济 与 管 理 安 徽 建 筑 _ 星