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1、碳纖維水泥基復合材料研究進展摘要：水泥混凝土材料以其抗壓強度高、施工方便等優(yōu)點在人類建筑史上發(fā)揮了重要作用，但由于其功能單一、脆性大、自重大、抗拉強度和抗彎強度低等缺點，在特殊領域中的用途受到了很大限制。碳纖維具有高彈性、高模量、比重小、耐腐蝕、對人畜無害等優(yōu)異性能被視為許多材料的優(yōu)良增強體。將其加入到水泥基體中，制成碳纖維增強水泥基復合材料(cFILc)，不僅可改善水泥自身力學性能的缺陷，使其具有高強度、高模量、高韌性，更重要的是把普通的水泥建筑材料變成了具有自感知內部溫度、應力和損傷及一系列電磁屏蔽性能的功能材料。本文介紹了碳纖維水泥基復合材料的制備方法、
2、力電性能、應用及其尺寸效應的最新研究進展，展望了其在功能材料方面的研究應用前景。關鍵詞：碳纖維；水泥基；復合材料性能Abstract：Cement-basedconcretehasplayedallimportantroleinthehistoryofhumanarchitectureduetoitsadvantagessuchashighcompressionstrengthandeasyworking．However，itsshortcomingssuchassinglefunction．brittleness，heavyweight，lowtensile
3、strengthandlowflexuralstrengthhavelimiteditsuseinmanyspecialfields．Intheexperiment，carbonfiberswereaddedintocementmatrix，resultingnotonlyinimprovedmechanicalpropertiesofcement，i．e．higherstrength,modulusandtoughness，butmoreimportantly，intheconversionofthiscommonbuildingmaterialintoaf
4、unctionalmaterialwhichiscapableofself-sensingtheinternaltemperature，stressanddamageaswellashasEMIshieldingproperties．Keywords：carbonfiber=cementmatrix；compositematerial；properties20世紀60年代以來，碳纖維作為新一代復合材料的補強纖維，以其高強度比、高模量比、密度、低x光吸收率、抗腐蝕、耐燒蝕、抗疲勞、耐熱沖擊、導電導熱性能好、傳熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)小和自潤滑等優(yōu)異性能而在航天、航空、
5、航海、建筑、輕工等領域中獲得了廣泛的應用。碳纖維是有機纖維在惰性氣氛中經(jīng)高溫碳化而成的纖維狀的碳化合物。它是由瀝青纖維、聚合物纖維或含碳氣體制成。將碳纖維加入到水泥基體中即制成碳纖維增強水泥基復合材料(CFRC)，也稱纖維增強混凝土。。20世紀70年代，英國首先用聚丙烯腈基(PAN)碳纖維研制碳纖維增強水泥基材料(CFRC)板材，使用于伊拉克Al-Shakeed紀念館，開始了碳纖維增強混凝土研究與應用的先例[3]。在水泥基體中摻入高強碳纖維是提高水泥復合材料抗裂、抗?jié)B、抗剪強度和彈性模量，控制裂紋發(fā)展，提高耐強堿性，增強變形能力的重要措旌。此外，碳纖維還具有震
6、動阻尼特性，可吸收震動波，使防地震能力和抗彎強度提高十幾倍。更為可貴的是，碳纖維具有導電性，將其加入到水泥基體中可賦于其智能性，極大地擴大了它的應用范圍。CFRC復合材料在承受載荷時表面不產(chǎn)生龜裂，其抗拉強度和抗彎強度、斷裂韌性比不增強的高幾倍到十幾倍，其沖擊韌性也相當可觀。短切碳纖維增強水泥所用碳纖維的長度一般為3～6mm，直徑為7～20um，抗拉強度范圍在0．5～0．8GPa。普通水泥的強度通常為11．76MPa，若按重量摻入15％的碳纖維，其強度可達至245MPa；若摻入量為20％時，強度可高達548．8Mpa[2]。此外，與普通混凝土相比，CFRC具有
7、質輕、強度高、流動性好、擴散性強、成型后表面質量高等優(yōu)點，將其用作隔墻時，重量比普通混凝土制作的隔墻薄l／2～1／3，重量減輕1／2～1／3。因此，CFRC性能的研究近年來發(fā)展迅猛。迄今為止，國際上已有多幢高層建筑應用了碳纖維增強混凝土板材，取得了好的效果。美、歐、日及亞洲其他國家包括我國臺灣地區(qū)和韓國等都積極研究、開發(fā)生產(chǎn)碳纖維產(chǎn)品，其獨特的特性是其他材料(如陶瓷和一些有機聚合物纖維束等)無法比擬的。目前，碳纖維增強混凝土作為智能材料正倍受國內外混凝土專家的研究與重視。1CFRC的性能特點及應用1．1CFRC的制備CFRC的制備一般由混料、成型、養(yǎng)護3步組成
8、。利用分散劑將碳纖維預先分散開來，再與
