摘要 本文介绍了经编单轴向织物的结构特点及其优异的力学性能，讨论了它同普通机织物结构相比所具有的优势，即：在纤维含量相同的情况下，经编单轴向织物由于其衬纱呈平行伸直状态，因此可以充分利用高性能碳纤维的高强高模力学潜能，而普通机织物中的纱线由于呈屈曲状态，因此对纱线自身力学潜能的利用下降，而且这种屈曲程度越显著，利用率越低。此外，本文还分析了经编单轴向碳纤维织物用作建筑补强材料的优点及发展前景，并得出结论：经编单轴向碳纤维织物是建筑物补强材料的佳选择。
关键词：经编单轴向织物、建筑物补强、强度、模量。
    一、 建筑物补强的国内外发展状况
    CFRP加固修补混凝土结构技术是80年代末在日本、欧洲、美国、加拿大等发达和地区兴起的一项新的结构加固和修补技术，90年代得到了迅速的发展并进入大规模应用阶段。1995年1月17日，日本的Akasi海峡中部发生了阪神、淡路大地震，造成7000余人伤亡，大量建筑物破坏，直接损失达10万亿日元。CFRP在震后的建筑物修补和加固方面得到了大量的实际应用，取得了很大的成功，对震后地区的早日复兴作出了贡献。目前，CFRP加固修补混凝土结构技术在日、美、韩、欧洲等及地区已相当普及，使用范围扩大到土木工程中的众多领域，并已完全实现了产业化。
    CFRP加固修补混凝土结构技术在我国起步较晚，基础研究及应用开发相对薄弱，但该技术在发达应用的成功经验已经使越来越多的研究机构、建筑部门以及科研院所投入到此领域的研究之中，尤其是从90年代末到本世纪初，该技术在我国得到了广泛重视和深入研究，相关的公司、研究机构及应用实例层出不穷，给建筑补强领域带来了无限的商机和广阔的发展空间。我国拥有巨大的建筑市场，在近百亿平方米的建筑物、大量的构筑物、隧道、桥梁以及涵洞结构中，混凝土结构占有非常大的份额，而许多这类结构由于长期使用、老化、意外事故、设计原因以及施工缺陷等因素，造成结构开裂、安全性能降低、抗震性能减弱、承载力不足等问题，急需有效、耐用、施工简便的高新材料及加固修补的施工技术。由于CFRP加固混凝土结构技术与其它加固技术相比具有效率高、补强效果好、耐腐蚀、重量轻、施工方便、不增加结构尺寸等优点，具有极大的研究推广应用价值及潜在的巨大社会、经济效益。
    建筑物的加固补强材主要为碳纤维材料，其主要形式包括：
    （1） 棒材：通常用作传统钢筋（主筋或箍筋）的替代材料，既可用于旧建筑物的补强加固，也可用于新建结构中。对棒材进行张拉后，可对混凝土结构进行预应力增强式加固；
    （2） 型材：包括多种形状，如隔栅；主要是通过1∽2cm厚的聚合物灰浆将其粘接在建筑物表面上，或只通过锚固方法将其固定在结构上进行加固；
    （3） 短纤维：即把碳纤维短纤与混凝土共同搅拌形成加强混凝土用于新建筑物；
    （4） 片材（包括平面的织物及板材）：一般通过环氧树脂类粘接剂粘贴于混凝土受拉区表面，是用于结构加固修复多的一种材料形式，其中织物材料的使用量大，但由于板材的强度利用效率较高，近几年来其使用量增长也很快。
    作为片状增强材料的经编单轴向织物，具有卓越的机械力学性能，它与传统的机织物相比，能够充分利用高强高模碳纤维的力学潜能，而且生产效率高、质量稳定性好，它作为一种高技术产业用纺织品已经在欧美等发达得到了大规模的应用并获得了极大的成功，是一种性能非常优异的建筑物补强材料。
    二、 经编单轴向织物的结构
    该织物由三个系统组成，即：碳纤维衬经纱系统、经平捆绑系统及玻璃纤维毡系统。其中，碳纤维衬经纱呈完全伸直、彼此平行状态，不存在像机织物中经纬纱上的屈曲波高，这是该织物大的特点，也是该织物具有竞争力的优点。重量极轻的玻璃纤维毡具有两个功能：一是对碳纤维衬经纱起保护作用，防止碳纤维受到意外的磨擦损伤而导致强力下降；二是显著增大了与混凝土表面的接触面积，从而提高了界面强度。经平捆绑系统的作用是把衬经纱与玻璃纤维毡连结到一起，形成织物，并起到一定的增强作用。
    传统机织物中的经纬纱为交织状态，纱线上存在明显的屈曲波高，因此会使高强高模碳纤维的强度及模量利用率下降。
    目前，商业化生产的用于建筑物修复补强的碳纤维机织物为了克服纤维上屈曲波高过大的缺点而把纬纱变细，而且采用不同的纤维原料，在机织物中，虽然采用了比较细的纬纱，但由于织物本身固有的交织结构，仍然会导致经纱（碳纤维）上出现屈曲波高（虽然这种屈曲波高与前所述的机织物相比弱化了很多）。实验表明，在碳纤维含量相同及织物经向长度相同的条件下，机织物与经编单轴向织物相比，其所需的碳纤维纱线长度要多出大约1%左右。可见，经编单轴向碳纤维织物可以节省纱线原料。
    三、 经编单轴向织物及其复合材料的力学性能
    经编单轴向织物中的衬经纱呈彼此平行顺直状态，这就使这种结构的织物可以充分利用高性能纱线的力学性能。
    经编单轴向织物对高强高模纱线潜能的利用率在90%以上，与UD材料相当，而相应的平纹机织物却只有70%左右。其原因在于；当平纹机织物承受拉伸作用时，纱线潜能的一部分浪费直方向推开另一系统的纱线，同时模量也因为衬纱的几何伸长而显著降低，而经编单轴向织物则不会产生类似问题。
    经编单轴向织物优异的拉伸性能得到印证，其断裂强度与拉伸初始模量均高于平纹机织物。
    由此可见，经编单轴向织物具有极好的机械力学性能，它与机织物相比，在用作先进复合材料增强方面极具优势。
    四、经编单轴向碳纤维织物用作建筑物补强材料的优点
    经编单轴向碳纤维织物这种高技术产业用纺织品，具有卓越的力学性能，它用作建筑物修复补强材料与平纹机织物相比，具有如下显著优点：
    a) 由于其碳纤维衬经纱呈平行顺直状态，无任何屈曲波高，因此该结构织物能够充分利用高强高模碳纤维的力学潜能，利用率可达90%以上。尤其是对那些要求小变形高模量的建筑结构，经编单轴向碳纤维织物表现机织物所不可比拟的优势。机织物在结构上固有的交织结构决定了它不适于用作模量要求较高的材料；
    b) 极轻薄的玻璃纤维毡的加入可以很好地防止碳纤维衬经纱受到意外的磨擦损伤从而导致不必要的强力下降；同时，它可在很大程度上加大织物与混凝土表面的粘结接触面积，从而大大提高了界面强度，降低了修复补强后的混凝土结构由于层间剪切强度不足而造成破坏；
    c) 玻璃纤维毡是通过经平捆绑系统与碳纤维衬经纱连接到一起的，不会造成纤维毡与衬纱的分离；
    d) 经编单轴向碳纤维织物是在德国进口的先进的经编机上生产的，生产效率高，质量稳定性好，幅宽可设计性强，容易实现经纱空穿结构以满足不同的设计要求；
    e) 实验中发现，在碳纤维布用量相同的情况下，分条包裹的补强效果优于整条包裹的效果，而经编单轴向碳纤维织物正好容易实现空穿，从而达到分条的目的。此外，在空穿的情况下，由于有玻璃纤维毡及经平捆绑系统把各条碳纤维连接在一起，因此给施工带来了方便（一次性粘贴好“多条碳纤维织物”，而不必象机织物那样必须分条粘贴；
    f) 经编单轴向碳纤维织物复合材料具有重量轻、热膨胀系数小、刚度大、强度大、耐疲劳性好等优点，在建筑物加固补强方面是金属材料的优良替代品。此外，碳纤维材料本身具有极强的耐腐蚀性，对于强酸和强碱均具有极为稳定的性质，例如，对于50%的钶性钠，温度40℃时，浸渍150小时后，碳纤维的强度保持率为98%∽100%；对于60%的硫酸，在标准温湿条件下，浸渍150小时后，强度保持率为100%。
    g) 对于金属结构的加固补强来说，玻璃纤维毡可以防止金属材料与碳纤维之间产生电解腐蚀。
    五、 经编单轴向碳纤维织物用作建筑物补强材料的发展前景
    综上所述，经编单轴向碳纤维织物这种复合结构具有卓越的力学性能，它能够充分利用高强高模碳纤维的力学潜能，特别适于用作强度、模量指标要求较高的建筑物加固补强材料。该织物是利用德国进口的先进经编机织造的，生产效率高，质量稳定性好，加之发达多年的成功应用经验，而我国又拥有巨大的建筑物加固补强市场，因此该织物必将大有用武之地，是建筑物加固补强材料的佳选择。
参考文献：
1、《碳纤维布补强加固混凝土结构新技术》，赵彤、谢剑著，天津大学出版社。
2、“多轴向经编织物的力学性能及成型性研究”，作者-姜亚明，指导导师-邱冠雄，天津纺织工学院博士论文，1999年1月。
3、姜亚明，邱冠雄，双轴向经编织物的PVC涂层与底布之间的结合分析，《纺织学报》，第二十卷，第5期，PP6-9（1999年10月）
4、Yaming jiang,jinlian Hu&Frank Ko,Characterization and Modeling of Bending Properties of Multiaxial Warp Knitted Fabrics,Textile Res J.Vol.69.No.9.P69-697(Mar.1999).
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