土木工程新型材料

土木工程新型材料第1頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月碳纖維1.1概述1.2碳纖維的生產(chǎn)工藝1.3碳纖維的性能指標(biāo)1.3.1碳纖維的強(qiáng)度1.3.2碳纖維的彈性模量1.3.3碳纖維的斷裂伸長(zhǎng)1.4碳纖維的應(yīng)用1.5碳纖維的缺點(diǎn)第2頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1

概述

碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在

3500MPa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000MPa亦高于鋼。由于它強(qiáng)度比鋼的大、密度比鋁的小、比不銹鋼還耐腐蝕、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料.不少人預(yù)料，人類在材料應(yīng)用上正從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)碳纖維的時(shí)代。第3頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.1碳纖維的分類

按狀態(tài)分為長(zhǎng)絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱為超高模型第4頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2碳纖維的生產(chǎn)工藝

目前，人們還不能直接用碳或石墨來抽成碳纖維，只能采用一些含碳的有機(jī)纖維（如尼龍絲、腈綸絲、人造絲等）做原料，將有機(jī)纖維跟塑料樹脂結(jié)合在一起，放在稀有氣體的氣氛中，在一定壓強(qiáng)下強(qiáng)熱炭化而成第5頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3碳纖維的性能指標(biāo)1.3.1碳纖維的強(qiáng)度

一般抗拉強(qiáng)度都在3500MPa以上1.3.2碳纖維的彈性模量

彈模在230000MPa以上1.3.3碳纖維的斷裂伸長(zhǎng)率

伸長(zhǎng)率在1.4%以上第6頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4碳纖維的應(yīng)用碳纖維成品在土木工程中應(yīng)用主要有纖維布、纖維板、棒材、型材、短纖維等，各有不同的使用范圍，而當(dāng)前加固工程中用量最大和最普遍的還是碳纖維布(片)，碳纖維布常用的規(guī)格是200g/m2和300g/m2，厚度分別是0.111mm和0.167mm；碳纖維復(fù)合板厚度一般為1.2~1.4mm，由3~4層碳纖布經(jīng)過樹脂浸漬固化而成，主要用于梁、板的加固，用纖維板加固的結(jié)構(gòu)，外形規(guī)整，施工簡(jiǎn)便，但原材單價(jià)較高，國(guó)內(nèi)使用尚不普及。第7頁，課件共10頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5碳纖維的缺點(diǎn)

碳纖維整體上無疑是一種輕質(zhì)高強(qiáng)性能優(yōu)異的新興建材，但也有其自身的特點(diǎn)或缺點(diǎn)，碳纖維的抗剪強(qiáng)度很低，延伸率小，還不到一般鋼材的1/10，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線近乎直線，沒有塑性平臺(tái)，從這個(gè)意義上，碳纖維是一種脆性材料，在設(shè)計(jì)和構(gòu)造上應(yīng)予注意；用于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件中，受極限應(yīng)變0.01的限制，實(shí)際可采用的設(shè)計(jì)強(qiáng)度還不到其極限強(qiáng)度的70%，頗有大材小用之感，或者用作預(yù)應(yīng)力筋或斜拉橋的拉索，才能充分發(fā)揮碳纖維的抗拉性能，但這已是另外一個(gè)的應(yīng)用領(lǐng)域了。