摘要 本文介紹了經編單軸向織物的結構特點及其優異的力學性能，討論了它同普通機織物結構相比所具有的優勢，即：在纖維含量相同的情況下，經編單軸向織物由于其襯紗呈平行伸直狀態，因此可以充分利用高性能碳纖維的高強高模力學潛能，而普通機織物中的紗線由于呈屈曲狀態，因此對紗線自身力學潛能的利用下降，而且這種屈曲程度越顯著，利用率越低。此外，本文還分析了經編單軸向碳纖維織物用作建筑補強材料的優點及發展前景，并得出結論：經編單軸向碳纖維織物是建筑物補強材料的佳選擇。
關鍵詞：經編單軸向織物、建筑物補強、強度、模量。
    一、 建筑物補強的國內外發展狀況
    CFRP加固修補混凝土結構技術是80年代末在日本、歐洲、美國、加拿大等發達和地區興起的一項新的結構加固和修補技術，90年代得到了迅速的發展并進入大規模應用階段。1995年1月17日，日本的Akasi海峽中部發生了阪神、淡路大地震，造成7000余人傷亡，大量建筑物破壞，直接損失達10萬億日元。CFRP在震后的建筑物修補和加固方面得到了大量的實際應用，取得了很大的成功，對震后地區的早日復興作出了貢獻。目前，CFRP加固修補混凝土結構技術在日、美、韓、歐洲等及地區已相當普及，使用范圍擴大到土木工程中的眾多領域，并已完全實現了產業化。
    CFRP加固修補混凝土結構技術在我國起步較晚，基礎研究及應用開發相對薄弱，但該技術在發達應用的成功經驗已經使越來越多的研究機構、建筑部門以及科研院所投入到此領域的研究之中，尤其是從90年代末到本世紀初，該技術在我國得到了廣泛重視和深入研究，相關的公司、研究機構及應用實例層出不窮，給建筑補強領域帶來了無限的商機和廣闊的發展空間。我國擁有巨大的建筑市場，在近百億平方米的建筑物、大量的構筑物、隧道、橋梁以及涵洞結構中，混凝土結構占有非常大的份額，而許多這類結構由于長期使用、老化、意外事故、設計原因以及施工缺陷等因素，造成結構開裂、安全性能降低、抗震性能減弱、承載力不足等問題，急需有效、耐用、施工簡便的高新材料及加固修補的施工技術。由于CFRP加固混凝土結構技術與其它加固技術相比具有效率高、補強效果好、耐腐蝕、重量輕、施工方便、不增加結構尺寸等優點，具有極大的研究推廣應用價值及潛在的巨大社會、經濟效益。
    建筑物的加固補強材主要為碳纖維材料，其主要形式包括：
    （1） 棒材：通常用作傳統鋼筋（主筋或箍筋）的替代材料，既可用于舊建筑物的補強加固，也可用于新建結構中。對棒材進行張拉后，可對混凝土結構進行預應力增強式加固；
    （2） 型材：包括多種形狀，如隔柵；主要是通過1∽2cm厚的聚合物灰漿將其粘接在建筑物表面上，或只通過錨固方法將其固定在結構上進行加固；
    （3） 短纖維：即把碳纖維短纖與混凝土共同攪拌形成加強混凝土用于新建筑物；
    （4） 片材（包括平面的織物及板材）：一般通過環氧樹脂類粘接劑粘貼于混凝土受拉區表面，是用于結構加固修復多的一種材料形式，其中織物材料的使用量大，但由于板材的強度利用效率較高，近幾年來其使用量增長也很快。
    作為片狀增強材料的經編單軸向織物，具有卓越的機械力學性能，它與傳統的機織物相比，能夠充分利用高強高模碳纖維的力學潛能，而且生產效率高、質量穩定性好，它作為一種高技術產業用紡織品已經在歐美等發達得到了大規模的應用并獲得了極大的成功，是一種性能非常優異的建筑物補強材料。
    二、 經編單軸向織物的結構
    該織物由三個系統組成，即：碳纖維襯經紗系統、經平捆綁系統及玻璃纖維氈系統。其中，碳纖維襯經紗呈完全伸直、彼此平行狀態，不存在像機織物中經緯紗上的屈曲波高，這是該織物大的特點，也是該織物具有競爭力的優點。重量極輕的玻璃纖維氈具有兩個功能：一是對碳纖維襯經紗起保護作用，防止碳纖維受到意外的磨擦損傷而導致強力下降；二是顯著增大了與混凝土表面的接觸面積，從而提高了界面強度。經平捆綁系統的作用是把襯經紗與玻璃纖維氈連結到一起，形成織物，并起到一定的增強作用。
    傳統機織物中的經緯紗為交織狀態，紗線上存在明顯的屈曲波高，因此會使高強高模碳纖維的強度及模量利用率下降。
    目前，商業化生產的用于建筑物修復補強的碳纖維機織物為了克服纖維上屈曲波高過大的缺點而把緯紗變細，而且采用不同的纖維原料，在機織物中，雖然采用了比較細的緯紗，但由于織物本身固有的交織結構，仍然會導致經紗（碳纖維）上出現屈曲波高（雖然這種屈曲波高與前所述的機織物相比弱化了很多）。實驗表明，在碳纖維含量相同及織物經向長度相同的條件下，機織物與經編單軸向織物相比，其所需的碳纖維紗線長度要多出大約1%左右?？梢姡浘巻屋S向碳纖維織物可以節省紗線原料。
    三、 經編單軸向織物及其復合材料的力學性能
    經編單軸向織物中的襯經紗呈彼此平行順直狀態，這就使這種結構的織物可以充分利用高性能紗線的力學性能。
    經編單軸向織物對高強高模紗線潛能的利用率在90%以上，與UD材料相當，而相應的平紋機織物卻只有70%左右。其原因在于；當平紋機織物承受拉伸作用時，紗線潛能的一部分浪費直方向推開另一系統的紗線，同時模量也因為襯紗的幾何伸長而顯著降低，而經編單軸向織物則不會產生類似問題。
    經編單軸向織物優異的拉伸性能得到印證，其斷裂強度與拉伸初始模量均高于平紋機織物。
    由此可見，經編單軸向織物具有極好的機械力學性能，它與機織物相比，在用作先進復合材料增強方面極具優勢。
    四、經編單軸向碳纖維織物用作建筑物補強材料的優點
    經編單軸向碳纖維織物這種高技術產業用紡織品，具有卓越的力學性能，它用作建筑物修復補強材料與平紋機織物相比，具有如下顯著優點：
    a) 由于其碳纖維襯經紗呈平行順直狀態，無任何屈曲波高，因此該結構織物能夠充分利用高強高模碳纖維的力學潛能，利用率可達90%以上。尤其是對那些要求小變形高模量的建筑結構，經編單軸向碳纖維織物表現機織物所不可比擬的優勢。機織物在結構上固有的交織結構決定了它不適于用作模量要求較高的材料；
    b) 極輕薄的玻璃纖維氈的加入可以很好地防止碳纖維襯經紗受到意外的磨擦損傷從而導致不必要的強力下降；同時，它可在很大程度上加大織物與混凝土表面的粘結接觸面積，從而大大提高了界面強度，降低了修復補強后的混凝土結構由于層間剪切強度不足而造成破壞；
    c) 玻璃纖維氈是通過經平捆綁系統與碳纖維襯經紗連接到一起的，不會造成纖維氈與襯紗的分離；
    d) 經編單軸向碳纖維織物是在德國進口的先進的經編機上生產的，生產效率高，質量穩定性好，幅寬可設計性強，容易實現經紗空穿結構以滿足不同的設計要求；
    e) 實驗中發現，在碳纖維布用量相同的情況下，分條包裹的補強效果優于整條包裹的效果，而經編單軸向碳纖維織物正好容易實現空穿，從而達到分條的目的。此外，在空穿的情況下，由于有玻璃纖維氈及經平捆綁系統把各條碳纖維連接在一起，因此給施工帶來了方便（一次性粘貼好“多條碳纖維織物”，而不必象機織物那樣必須分條粘貼；
    f) 經編單軸向碳纖維織物復合材料具有重量輕、熱膨脹系數小、剛度大、強度大、耐疲勞性好等優點，在建筑物加固補強方面是金屬材料的優良替代品。此外，碳纖維材料本身具有極強的耐腐蝕性，對于強酸和強堿均具有極為穩定的性質，例如，對于50%的鈳性鈉，溫度40℃時，浸漬150小時后，碳纖維的強度保持率為98%∽100%；對于60%的硫酸，在標準溫濕條件下，浸漬150小時后，強度保持率為100%。
    g) 對于金屬結構的加固補強來說，玻璃纖維氈可以防止金屬材料與碳纖維之間產生電解腐蝕。
    五、 經編單軸向碳纖維織物用作建筑物補強材料的發展前景
    綜上所述，經編單軸向碳纖維織物這種復合結構具有卓越的力學性能，它能夠充分利用高強高模碳纖維的力學潛能，特別適于用作強度、模量指標要求較高的建筑物加固補強材料。該織物是利用德國進口的先進經編機織造的，生產效率高，質量穩定性好，加之發達多年的成功應用經驗，而我國又擁有巨大的建筑物加固補強市場，因此該織物必將大有用武之地，是建筑物加固補強材料的佳選擇。
參考文獻：
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3、姜亞明，邱冠雄，雙軸向經編織物的PVC涂層與底布之間的結合分析，《紡織學報》，第二十卷，第5期，PP6-9（1999年10月）
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