碳纤维复合材料CFRP在土木工程中的应用综述

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碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型材料,有着优良的物理特力学性能.近年来在土木工程中的应用越来越广泛.综述了CFRP的发展历程及主要研究成果.分析了CFRP的材料特性,并对其优缺点进行了对比分析.同时对国内外新开发的CFRP筋专用锚具作了简单介绍.

第27卷　第5期200710文章编号:1673-923X(2007)05-0026-07

中南林业科技大学学报

JournalofCentralSouthUniversityofForestry&Technology

Vol.27　No.5Oct.2007碳纤维复合材料(CFRP)在土木工程中的应用综述

周先雁,王兰彩

(中南林业科技大学土木建筑与力学学院,湖南长沙410004)

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摘　要:　碳纤维复合材料(CFRP)作为一种新型材料,有着优良的物理特力学性能.近年来在土木工程中的应用越来越广泛.综述

了CFRP的发展历程及主要研究成果.分析了CFRP的材料特性,并对其优缺点进行了对比分析.同时对国内外新开发的CFRP筋专用锚具作了简单介绍.

关键词:　碳纤维;材料特性;锚具;土木工程;综述中图分类号:　TU5　　　　文献标志码:　A

SummaryofCFRPApplicationinCivilEngineering

ZHOUXian2yan,WANGLan2cai

(CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha41004,Hunan,China)

Abstract:Asanewmaterial,CFRPhasanexcellentmechanicalpropertiesandphysicalproperties,whichwasappliedandresearched

moreandmoreinrecentyears.

Inthispaper,thehistoryofCFRPandtheexistingresultsaresummarized,andthematerial

.AndtheanchoragesdevelopednewlyforCFRPhomeandbroadaresimplyintroduced.characteristicsareintroduced

Keywords:CFRP;materialcharacteristic;anchorage;civilengineering;overview

混凝土结构是土木工程中最主要的结构形式,但混凝土结构存在钢筋锈蚀、混凝土碳化等现象,因此存在结构耐久性和抗疲劳性不好等问题,尤其是处于侵蚀性和暴露环境下的混凝土结构受损更加严重.每年用于桥梁维修和加固的资金巨大,因此,开发新型材料用以提高结构性能成为土木工程领域的一个趋势.碳纤维复合材料CFRP(CarbonFiberReinforcedPolymer)已成为土木工程的研究热点[1～30].

1　碳纤维复合材料(CFRP)的发展历程

纤维增强聚合物复合材料FRP(FiberReinforcedPolymer)问世于20世纪40年代.CFRP最开始由美国制造.1950年,美国空军基地在2000℃高温下牵引人造丝得到CFRP[30].1959年美国联合碳化公司以粘胶纤维为原丝制成纤维素基CFRP;1962年,日本碳素公司实现低模量聚丙烯腈基CFRP的工业化生产;1963年英国航空材料研究所开发出高模量聚丙烯腈基CFRP;1965年日本群马大学试制造出沥青或木质素为原料的通用型CFRP;1969年,日本大谷杉郎从特殊的共聚PAN中生产出高强、高弹模的CFRP(芳香族聚酰胺纤维);1970年,日本吴羽化学公司实现沥青基纤维的工业规模生产;1972年,美国杜邦公司生产出密度为1.2～1.5t m3强度达3000MPa的Aramid(阿拉米德)CFRP;1980年美国金刚砂公司研制出酚醛纤维为原丝的活性碳纤维并投放市场;1996年全世界碳纤维总生产量已达17000t,其中聚丙烯腈基纤维占85%,其余是沥青基纤维.2002年世界聚丙烯腈基碳纤维的生产能力约为3.1万t,其中75%是小丝束碳纤维,25%是大丝束碳纤维.1996～2000年世界高性能碳纤维的生产能力详见表1.碳纤维材料主要由日本生产,美国其次.其他国家产量很少.

收稿日期:2007208215

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基金项目:湖南省自然科学基金项目(06E0040).

作者简介:周先雁(1956-),男,湖南临湘人.博士,教授,博导,研究方向:桥梁施工控制及损伤诊断.

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