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一种用于结构工程加固的新型FRP复合材料 天津建材3/2002 深圳市建设工程质量检测中心郑伟 1,前言 纤维增强树脂材料FRP具有许多传 统建筑材料所不具备的优良特性,如轻质 高强,透电磁波,耐腐蚀,保温和隔声性能 好,耐老化以及改性后具有耐磨和防火性 能等,还有透光,抗振,成型方便等优良性 能,因而越来越多地用于建筑领域玻璃 纤维增强塑料CFRP是FlIP材料家族中重 要的成员之一.CFRP用于土木建筑已是 国际土木工程界的一个热点,其应用范围 与使用量正以惊人的速度增长在国外, C,FRP材料在建筑领域有着广泛的应用,例 如在非规则形状的结构中:运动场大跨度 看台屋盖等.在国内,80年代以前CFRP 主要用于军工产品,各研究机构之间受到 必威体育官网网址限制,不便交流,对GFRP的优良性能 不了解,得不到可靠的性能数据,故未大量 用于建筑结构.另外,当时的FRP自身存 在着一些缺点,如价格偏高,弹性模量低, 耐磨性能差等也阻碍了它的应用.90年 代开始,随着对FRP材料研究工作的不断 深入,使FlIP的缺陷得以克服,产品价格 有所下降.大型建筑结构中的一些典型应 用取得很好的效果. FRP作为一种新型的有发展潜力的建 筑材料,并不是要取代传统的建筑材料 —— 钢材与混凝土,而是作为传统建材的 一 个重要补充,尤其是应用于加固,补强工 程,比传统的材料和使用方法有显着的优 势:国外开发应用的FRP材料主要有碳 ? 35? 天津建材3/2002 纤维复合材料(CFRP),玻璃纤维复合材料 (GFRP),凯芙拉纤维复合材料(AFRP)以 及上述纤维复合材料的混合体.然而,在 国内,高强纤维复合材料在土木工程中的 研究起步时间不长,在90年代末正式开始 对碳纤维增强塑料(CFRP)加固修复土木 建筑结构进行研究与应用,并于1998年发 布了企业标准《碳纤维布加固修补结构技 术规程(试行)》.然而,其研究对象基本上 局限于碳纤维,很少涉及其他类型的纤维. 本文将探讨一种新型的FRP复合材 料的主要性能及其在工程中的典型应用. 这种新型复合材料由复合纤维编织布和专 用树脂复合而成.其中的复合纤维编织布 是一种特制的编织物,由高强玻璃纤维和 凯芙拉(Kevlar)纤维垂直编织而成:专用 树脂是由两组基本树脂材料按一定比例混 合而成:将复合纤维编织布与专用树脂在 现场混合后,充分粘贴于待补强的结构表 面,与原混凝土结构形成新的复合结构,以 达到提高原结构承载力和耐久性的目的, 并且与T梁和板梁传统的加固方法(加大 截面,粘贴钢板)相比,具有强度高,重量 轻,耐腐蚀,施工简便迅速,不需养护,无噪 声,无需封闭交通的特点. 2,FfuP材料的技术指标 新型FRP复合材料中纤维的材料技 术指标参见表一.专用树脂的材料性能见 表二.复合纤维编织布与专用树脂结合后 形成的复合材料性能见表三. 表一复合纤维的材料技术指标 表二专用树脂技术指标(经60℃,72小时养护) 注:上述力学性能测试的温度为21℃ ? 36? 天泽建材3/2oO2 表三复合纤维编织布与专用树脂结合后形成的复合材料性能 序复合材料性能As1M方法测试值 号 1主方向(玻璃纤维方向)抗拉强度D一3O39最小450MPa,平均575MPa 2横向(凯芙拉纤维方向)抗拉强度D一303940MPa 3纤维布与树脂复合后层厚1.3mm 4最小延伸率D一3O392.2% 5主向截面弹性模量D一303926.1×lo3MPa 6横向抗压强度B$6329177.5MPa 7热膨胀系数7.74×lO一/℃ 8与C15混凝土粘结力(破坏于混凝土层)C4822.58MPa 9与CAO混凝土粘结力(破坏于混凝土层)C4824.58MPa 阻燃,经过260℃高温并 l0裸露耐火性能E—ll9冷却后强度无损失 抗拉强度的耐久性 100%湿度环境下7天强度D224795% 臭氧环境下1000小时强度95%1丑2 碱性环境下1000小时强度C58195% 盐水浸泡下1000小时强度C58l95% 60℃干热环境下1000小时强度D304595% 从上表可知,与碳纤维相比,该复合材 料具有如下特点:与混凝土的热膨胀系数 一 致,不会产生附加的温度应力,这对于暴 露在野外且留有伸缩缝的桥梁来说非常重 要,而碳纤维的热膨胀系数与混凝土相差 l0倍,粘贴在桥梁表面引起的混凝土内温 差应力将会较大;不导电,不会产生电化学 腐蚀,而碳纤维是导体;延性及柔韧性好, 不易折损,抗冲击能力强,而碳纤维较容易 沿垂直于平面的方向脆断,不耐碰撞;具有 较大的层厚(1.3mm),对桥梁墩柱的抗震 约束加固效果明显,碳纤维虽然抗拉强度 高,但其层厚一般只有0.12ram,其约束作 用较薄弱;弹性模量于混凝土相当,而碳纤 维的弹性模量高,加固后的极