浅议碳纤维筋基本性能及研究现状第二十六卷第一期2001年2月高斜拉仟讯南应用Hi-TechFiberApplicationV0J.26.NO.1Feb..200I浅议碳纤维筋基本性能及研究现状徐新生',彭亚萍.,王悦.,伊爱'(1.山东建材工业学院建工系,山东济南250022;2.山东水泥厂,山东济南250022)摘要:奉竞对碳纤维复舍材料(CFRP)箭的物理力学性能,设计要点进行了分析,并介绍了CFRP筋在混凝土工程中应用情况及今后的发展趋势.关键词:CFRP箭;性能;研究现状中围分类号:T0327.3文献标识码:A:1007-9815(2001)01-0027.03前言近年来.碳纤维,玻璃纤维,芳纶等连续纤维以其强度高,密度小,耐腐蚀,无磁性等优良特性,受到土木工程界的关注.并正成为钢筋之外的又一增强混凝E的新型抗拉性材料.日本,欧洲,美国,加拿大等发达国家对连续纤维筋的试验研究及应用技术极为重视,1980年代后发展迅速,并逐步用于桥梁,海工构筑物,非磁性建筑等实际工程中.连续纤维中,尤以碳纤维强度最高,弹性模量值约为钢材的3/4,松弛和徐变也与钢材相近,撮具开发价值,I1前应用也最广泛.工程实例约占连续纤维筋混凝土工程的50%以上因此,最具发展潜力.1OFRP筋及其特性:iz薹:12345应变(%)图1连续纤维及其FRP筋的应力一应变关系为使碳纤维像钢筋一样用于混凝土结构中,常用的办法是把碳纤维集束,边张拉边含浸树脂固化成型,形成碳纤维复合材料筋,简称CFRP筋.根据不同的用途,CFRP筋可做成一维棒状,二维网格状和帘子布状及三维网格状等.为防止静态疲劳,纤维束要扭成绞状,而且为提高CFRP筋与混凝土之间的粘结力,通常把CFRP筋处理成异形表面或表面粘砂等.碳纤维抗拉强度高达3000—3500MPa,是钢筋的9—11倍,而密度仅为钢筋的23%,但是应力应变曲线到断裂破坏前一直呈直线变化,不象钢筋那样存在屈服现象(如图1),可以看成是完全弹性体.破坏形式为脆性破坏.为充分发挥CFRP筋效率.通常采用预应力结构.故CFRP筋一般采用复合绳形式,或称CFCC(CarbonFiberCompositeCable,见图2),其中碳纤维含量必须保证在60%以上.CFCC的形式有单股,7股,19股,37图2碳纤雏复合绳II啪日期:2000-12-06作者简介:持新生(1963一),男,高级工程师,山东建材学院建工乐副主任,1995年开始连续纤维增强混凝土的研究应用工作.发表论文7篇..28.高科擅讦谁南应用第二十六卷表1CFCC的物理力学性能表2CFCC的抗拉强度等标准离差股,外径为3ram--40mm不等,其中应用较多的是外径12.5mm的7股CFCC.表1列举了7股12.5mraCFCC物理力学性能,以及与12.4mm预应力钢绞线物理力学性能的比较.结果发现CFCC比预应力钢绞线具有更高强度,模量和密度低,耐腐蚀,非磁性等特点.2OFRP筋混凝土设计要点(1)为获得CFRP筋的抗拉强度指标,首先需进行CFRP筋抗拉强度实验.表2为CFCC1×712.5mm与PC钢绞线SVCPR7A12.4mm抗拉强度的试验结果.值得注意的是.与钢绞线相比.CFRP筋抗拉强度的离散性较大.变异系数达3.7.而钢绞线仅为0.6.因此,在选用抗拉强度特征值设计指标时,必须充分考虑CFRP筋变异系数大的影响,保证有足够的安全度.(2】考虑到CFRP筋加强材不象钢筋那样存在明显的屈服阶段,破坏时会突然断裂.对结构造成安全性影响.因此,设计时除考虑CFRP筋的强度设计值外,还应设定其极限应变设计值.(3)CFRP筋是不存在塑性域的脆性材料.破坏形式为脆性破坏.当受弯构件按适筋破坏形式设计时,应对其最终承载力作相应折减或与钢筋并用.以改善构件的破坏性状;当构件按超筋破坏形式设计时(通常情况下.连续纤维筋混凝土抗弯构件按此形式设计).应考虑采用适当的手段约束混凝土受压区,常用方法是在受压区混凝土中掺入适量的钢纤维或加横向筋等.)因CFRP筋不锈蚀,容许裂缝宽度可以仅从美观和安全感等外观方面考虑,通常可取0.3—0.5mm.第一期徐新生等:浅议碳纤维筋基本性能及研究现状一29一(5)CFRP筋保护层厚度最小值取决于构件的锚固,握裹及耐火能力,而不必考虑盐害,锈蚀等耐久性园素.一般可取25ram以上或最大粗骨料尺寸的1.33倍.(6)连续纤维筋在弯曲条件下抗拉强度会降低,因此原则上不应弯曲配置.不得已时应在不损伤材质的情况下在工厂加工,而且弯曲成型后的连续纤维筋的抗拉能力,应通过适当的试验方法来确认.3CFRP筋在工程中的应用情况19"/o年代,首先在德国开始研究开发...