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1、水泥與混凝土碳纖維增強水泥基復合材料的研究Studyofcarbon-fiber-reinforcedcement-basedcomposites王闖張修身(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院,陜西渭南714000)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(CFRC),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
2、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。關鍵詞:碳纖維;水泥基;復合材料Abstract:Cementconcretematerialshaveplayedanimportantroleinhuman’sconstructionhistoryforitshighcompres-sivestrengthandeasyoperationduringconstruction.However,itsapplicationinsomespecialfieldisgreatlyrestrictedowingtoitssinglefunct
3、ion,brittleness,heavyself-weight,poorstrengthagainsttensionandbending.Carbonfibersareregardedasgoodreinforcementformanymaterialsduetotheirhighelasticity,highmodulus,lessdensity,resistancetocorrosion,andharmlessnesstohumanbeingsanddomesticanimals.Carbon-fiber-reinforcedcement-basedcomposites(CFRC)t
4、hatareachievedbyaddingcarbonfibersintocementexhibithighflexuralstrength,hightensilestrength,highflexuraltoughnessandhightensileductility.Thusnotonlythemechanicalpropertiesofcementareimproved,butfunctionalmaterialsCFRCareobtainedthatareabletosensetheinteriortemperature,stressanddamageaswellastoshie
5、ldoffelectromagneticwaves.Keywords:Carbonfibers;Cementmatrix;Composites中圖分類號:TQ172.7文獻標識碼:A文章編號:1003-8965(2007)05-0005-05性,增強變形能力的重要措施。此外,碳纖維還具有1前言震動阻尼特性,可吸收震動波,使防地震能力和抗[2,3]彎強度提高十幾倍。更為可貴的是,碳纖維具有20世紀60年代以來,碳纖維作為新一代復合導電性,將其加入到水泥基體中可賦于其智能性,材料的補強纖維,以其高強度比、高模量比、低密極大地擴大了它的應用范圍。CFRC復合材料在承度、低X光吸收率、抗腐蝕、耐燒
6、蝕、抗疲勞、耐熱沖受載荷時表面不產生龜裂,其抗拉強度和抗彎強擊、導電導熱性能好、傳熱系數(shù)小、膨脹系數(shù)小和自度、斷裂韌性比不增強的高幾倍到十幾倍,其沖擊潤滑等優(yōu)異性能而在航天、航空、航海、建筑、輕工韌性也相當可觀。短切碳纖維增強水泥所用碳纖維等領域中獲得了廣泛的應用。將碳纖維加入到水泥的長度一般為3～6mm,直徑為7～20μm,抗拉強基體中即制成碳纖維增強水泥基復合材料度范圍在0.5～0.8GPa。普通水泥的強度通常為[1-4](CFRC),也稱纖維增強混凝土。在水泥基體中11.76MPa,若按重量摻入15%的碳纖維,其強度摻入高強碳纖維是提高水泥復合材料抗裂、抗?jié)B、可達到245MPa;若摻
7、入量為20%時,強度可高達[2]抗剪強度和彈性模量,控制裂紋發(fā)展,提高耐強堿548.8MPa。此外,與普通混凝土相比,CFRC具有5水泥與混凝土質輕、強度高、流動性好、擴散性強、成型后表面質面結合力,認為高強度和高模量碳纖維的加入,有量高等優(yōu)點,將其用作隔墻時,重量比普通混凝土效阻止了裂紋的擴展,在復合材料受載時,基體通制作的隔墻薄1/2～1/3,重量減輕1/2～1/3。因此,過界面將載荷傳遞給碳纖維,從而使碳纖維成為載
