土木工程結構加固用玻璃纖維片材的研制
1、高性能纖維增強塑料(advanced fiber reinforced plastics ,FRP)因具有比強度高、比剛度高、可設計性強、抗疲勞、耐腐蝕、結構尺寸穩定及特殊的電磁功能等特點,是航空、航天、軍用武器裝備等選材料之一,隨著社會經濟形勢的變化及先進復合材料的高速發展,高性能纖維增強塑料已從尖端領域的應用擴展到一般工業領域,尤其是日本阪神大地震之后,高性能纖維片材作為土木工程結構加固和修補用材料, 在美國、日本及歐洲都得到了廣泛地應用。與傳統的土木工程結構加固和補強方法相比,高性能纖維片材具有如下優點;輕質,高強,材料可設計,耐疲勞,抗腐蝕,施工簡潔、方便,綜合成本低等特點,高性能纖維片材在土木工程結構領域的研究和應用,開辟了一條高效、方便、經濟加固土木工程結構的新途徑。在,自90年代末開展碳纖維片材加固混凝土結構的工程應用研究以來,尤其是《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》頒布以來,碳纖維片材在加固領域的應用迅猛上升,2004年全年用量已達到80余萬平方米。但是,由于碳纖維屬于軍用敏感物資,僅有日本、美國等少數幾家公司能提供商品化生產,易被壟斷。近幾年由于多方原因,產品供不應求,價格急劇上升,這導致工程成本大幅上升。目前在日本及歐美等國,玻璃纖維片材在某些領域亦等到較廣泛的應用,利用我國玻璃纖維的優勢,開發低成本的、適合土木工程結構加固要求的玻璃纖維纖維片材理應成為當務之急。
2、玻璃纖維的性能及比較先進復合材料的主要增強材料包括碳纖維、玻璃纖維,芳綸纖維等三大類。高性能纖維的性能指標見表1。玻璃纖維是由玻璃經熔融拉絲制成,主要分為E玻璃纖維、S玻璃纖維、A玻璃纖維、C玻璃纖維等。E玻璃纖維含堿量(K、Na)低于1%,具有較大的強度、剛度、延展性,絕緣性、耐熱性、耐濕性優越,價格便宜;S玻璃纖維比E玻璃纖維具有較大的強度、剛度、耐熱性、耐濕性和耐疲勞性,價格也較高,但比碳纖維及芳綸纖維價格低, S玻璃纖維國產牌號為HS2、HS4,主要用于航空、航天、軍用武器裝備及壓縮天然氣氣瓶等。A玻璃纖維、C玻璃纖維含堿量(K、Na)較高,強度也較低,尤其在濕態環境下強度下降較多,不適于結構加固。玻璃纖維與碳纖維相比,大的弱點是剛度不夠高,耐腐蝕較差,尤其是耐堿性較差,這在相當程度上限制了其在土木工程結構加固領域的推廣應用。近幾年,國內外新開發出了耐化學腐蝕性更好的ECR玻璃纖維,ECR纖維與E玻璃纖維的耐化學腐蝕性如表2所示。
表1 高性能纖維性能

表2 ECR玻璃纖維與E玻璃纖維耐化學腐蝕性對比

由表2可知,ECR玻璃纖維的耐化學腐蝕性能比傳統的E玻璃纖維有了很大的提高,同時,與碳纖維相比,其延性較好,價格便宜,且電絕緣,尤其玻璃纖維復合材料的熱膨脹系數與混凝土接近,在復合材料與混凝土界面處因冷熱交變而導致的應力小,因此其在混凝土結構加固領域具有較大的應用潛力。
2、玻璃纖維的性能及比較先進復合材料的主要增強材料包括碳纖維、玻璃纖維,芳綸纖維等三大類。高性能纖維的性能指標見表1。玻璃纖維是由玻璃經熔融拉絲制成,主要分為E玻璃纖維、S玻璃纖維、A玻璃纖維、C玻璃纖維等。E玻璃纖維含堿量(K、Na)低于1%,具有較大的強度、剛度、延展性,絕緣性、耐熱性、耐濕性優越,價格便宜;S玻璃纖維比E玻璃纖維具有較大的強度、剛度、耐熱性、耐濕性和耐疲勞性,價格也較高,但比碳纖維及芳綸纖維價格低, S玻璃纖維國產牌號為HS2、HS4,主要用于航空、航天、軍用武器裝備及壓縮天然氣氣瓶等。A玻璃纖維、C玻璃纖維含堿量(K、Na)較高,強度也較低,尤其在濕態環境下強度下降較多,不適于結構加固。玻璃纖維與碳纖維相比,大的弱點是剛度不夠高,耐腐蝕較差,尤其是耐堿性較差,這在相當程度上限制了其在土木工程結構加固領域的推廣應用。近幾年,國內外新開發出了耐化學腐蝕性更好的ECR玻璃纖維,ECR纖維與E玻璃纖維的耐化學腐蝕性如表2所示。
表1 高性能纖維性能

表2 ECR玻璃纖維與E玻璃纖維耐化學腐蝕性對比

由表2可知,ECR玻璃纖維的耐化學腐蝕性能比傳統的E玻璃纖維有了很大的提高,同時,與碳纖維相比,其延性較好,價格便宜,且電絕緣,尤其玻璃纖維復合材料的熱膨脹系數與混凝土接近,在復合材料與混凝土界面處因冷熱交變而導致的應力小,因此其在混凝土結構加固領域具有較大的應用潛力。










































