土木工程新型材料 fcy.doc

青岛理工大学新型建筑材料课程论文 学生姓名： 付晨阳 学号： 200904302 指导教师： 高嵩 土木工程 学院 土木工程 专业 097 班 2012 年 04 月 11 日土木工程新型材料碳纤维经过几周的土木工程新材料课程的学习，我学到的很多东西。相对于其他课程，这门课更加的新颖有趣，把我们带入了一个新的世界，知道了许多有趣的鲜为人知的新型材料，同时也开拓了我们的视野，激发了我们的兴趣。在学习过程中我尤其对碳纤维感兴趣，通过互联网、图书馆等途径我也了解了许多关于碳纤维的构成、性质、制备、应用领域、性能测试及在国内的发展现状等。碳纤维（carbon fiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。与传统的玻璃纤维(GF)相比，杨氏模量是其3 倍多；它与凯芙拉纤维(KF-49)相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH 溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。成分结构碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。 碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的79倍，抗拉弹性模量为230430Gpa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3钢的比强度仅为59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景。综观多种新兴的复合材料（如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料)的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。化学性质碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。制备碳纤维可分别用聚丙烯腈纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得；按状态分为长丝、短纤维和短切纤维；按力学性能分为通用型和高性能型。通用型碳纤维强度为1000兆帕（MPa）、模量为100GPa左右。高性能型碳纤维又分为高强型（强度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。强度大于4000MPa的又称为超高强型；模量大于450GPa的称为超高模型。随着航天和航空工业的发展，还出现了高强高伸型碳纤维，其延伸率大于2%。用量最大的是聚丙烯腈PAN基碳纤维。 目前应用较普遍的碳纤维主要是聚丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维。碳纤维的制造包括纤维纺丝、热稳定化（预氧化）、碳化、石墨化等4个过程。其间伴随的化学变化包括，脱氢、环化、预氧化、氧化及脱氧等。碳纤维加固技术介绍国内最早通过的规范是2003年碳纤维片材加固混凝土结构技术规程，其编号为CECS146：2003, 已经被最新的国家标准规范2006混凝土结构加固设计规范代替,其编号为GB 50367-2006. 碳纤维加固最近的国标是结构加固修复用碳纤维片材GB/T 20490-2008,08年10月1日起执行。 工程结构加固材料安全性鉴定技术规范。材料特点碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。 (1)抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍。 (2)重量轻，密度只有普通钢材的1/4。 (3)耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。 (4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。 (5)适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。施工方法1.施工准备1)施工前应认真阅读设计施工图，按设计图纸，在加固部位放线定位。2)应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际情况，拟订施工方案和施工计划。3)应对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前的准备工作。2.混凝土表面处理 1)应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。 2)被加固构件表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。并用修复材料将表面修复平整。3)应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。4)表面打磨后，应用强力吹风器或吸尘器将表面粉尘彻底清除，并保持干燥。3.配制并涂刷底层树脂1)应按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂。2)应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。宜在底层树脂表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。4.粘贴面找平处理1)应按产品生产厂提供的工艺规定配制找平材料。2)混凝土表面修补应选用丙酮将表面浮尘擦去，有凹陷处，应使用修补胶找平；有段差或转角部位，应抹成平滑曲面。3)转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不应小于20mm。 4)用刀头宽度100mm的刮刀对凹坑实施填塞修补、找平，找平程度按眼观目测无明显的刮板或刮刀痕迹纹路平滑为准。5)宜在找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。5.碳纤维布（板）剪裁 1)按设计规定尺寸剪裁碳纤布，切记必须满足设计尺寸，严禁斜切碳纤布，并防出现拉丝现象。2)保证剪裁后的碳纤维加固向与粘贴部位的方向一致。3)剪裁成型的碳纤维注意保护洁净不受污染。6.配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂 1)配制粘结剂前应仔细阅读其使用说明书。2)按粘贴面积确定每次用量，以防失效浪费。3)严格按重量比计量使用配制。4)按厂家配合比和工艺要求进行配制，且应有专人负责。搅拌应顺时针一个方向搅拌，直至颜色均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质混入。5)调制好的粘结剂抓紧使用。7.粘贴碳纤维材料粘贴碳纤维布1) 粘贴碳纤维前应对混凝土表面再次擦拭，确保粘贴面无粉尘。2) 混凝土表面涂刷结构胶，必须做到涂刷稳、准、匀的要求，即：稳，刷涂用力适度，尽量不流不坠不掉；准，涂刷不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚较一致。3) 碳纤维布粘贴时，同样要稳、准、匀，核心要求做到放卷用力适度，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。4) 滚压碳纤布必须从一端向另一端滚压，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中让胶渗透纤维布，做到浸润饱满。碳纤维布需要搭接时，必须满足规范要求100mm。5) 5)多层粘贴时，应在碳纤维织物表面指触干燥后立即进行下一层的粘贴。如超过40分钟，则应等12小时后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。应用发展UPVC碳纤维瓦是新一代的厂房、仓库等屋面建筑材料，具有优良的隔热保温性能，化学性质稳定。上下层为改良性upvc,中间层为碳纤维发泡层。有2mm、2、5mm、3mm三种厚度可供选择，宽度统一为1130mm，长度随意定做。使用寿命达20年。耐用防酸、防碱、防腐蚀