碳纖維增強水泥基復合材料的發展與研究

       傳統的水泥混凝土材料由于功能單一、脆性大、自重大、抗拉強度和抗彎強度差，在一些特殊領域中的應用受到了很大限制。碳纖維由于具有高比強度、高比模量、密度小、耐腐蝕、導電性好、對人畜無害等優異性能而頗受材料科學工作者的青睞，被視為許多復合材料的優良增強體。將碳纖維加入到水泥基體中，制成碳纖維增強水泥基復合材料，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，更重要的是能把普通的水泥建筑材料變成對溫度和應力敏感、具有自感知內部應力和損傷及一系列電磁屏蔽性能的智能材料。

       20世紀60年代以來，碳纖維作為新一代復合材料的增強纖維，以其高強度比、高模量比、低密度、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、傳熱系數小、膨脹系數小和自潤滑等優異性能而在航天航空、航海、建筑、輕工等領域中獲得了廣泛的應用。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(Carbon  Fiber  Reinforced  Ce-ment Composites，簡稱CFRC)，也稱纖維增強混凝土[1]。在水泥基材料中摻入高強碳纖維是提高水泥復合材料抗裂、抗滲、抗剪強度和彈性模量，控制裂紋擴展，提高耐強堿性，增強變形能力的重要措施。此外，碳纖維還具有震動阻尼特性，可吸收震動波，使防地震能力和抗彎強度提高十幾倍‘2.3]。更為可貴的是，碳纖維具有導電性，將其加入到水泥基體中，賦于水泥基體智能性，極大地擴大了混凝土的應用范圍。CFRC復合材料在承受負荷時表面不產生龜裂，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7～20tun，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，其強度可達到245MPa;若摻入量為20%時，強度可高達548. 8MPa此外，與普通混凝土相比，CFRC具有質輕、強度高、流動性好、擴散性強、成型后表面質量高等優點，將其用作隔墻時，比普通混凝土制作的隔墻薄1/2～1/3，重量減輕1/2～1/3。CFRC有多種規格，其中短切碳纖維增強混凝土主要用在屋面、外墻、內墻、地面、天棚等方面；長纖維混凝土用在承重構件方面，由它制成的構件尺寸穩定，同時還具有防靜電性、耐磨耗、耐腐蝕等性能，因此，CFRC性能的研究近年來發展迅猛。

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