• 2025-12-28 02:19

土木工程结构加固用玻璃纤维片材的研制

     1、高性能纤维增强塑料(advanced fiber reinforced plastics ,FRP)因具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳、耐腐蚀、结构尺寸稳定及特殊的电磁功能等特点,是航空、航天、军用武器装备等选材料之一,随着社会经济形势的变化及先进复合材料的高速发展,高性能纤维增强塑料已从尖端领域的应用扩展到一般工业领域,尤其是日本阪神大地震之后,高性能纤维片材作为土木工程结构加固和修补用材料, 在美国、日本及欧洲都得到了广泛地应用。与传统的土木工程结构加固和补强方法相比,高性能纤维片材具有如下优点;轻质,高强,材料可设计,耐疲劳,抗腐蚀,施工简洁、方便,综合成本低等特点,高性能纤维片材在土木工程结构领域的研究和应用,开辟了一条高效、方便、经济加固土木工程结构的新途径。在,自90年代末开展碳纤维片材加固混凝土结构的工程应用研究以来,尤其是《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》颁布以来,碳纤维片材在加固领域的应用迅猛上升,2004年全年用量已达到80余万平方米。但是,由于碳纤维属于军用敏感物资,仅有日本、美国等少数几家公司能提供商品化生产,易被垄断。近几年由于多方原因,产品供不应求,价格急剧上升,这导致工程成本大幅上升。目前在日本及欧美等国,玻璃纤维片材在某些领域亦等到较广泛的应用,利用我国玻璃纤维的优势,开发低成本的、适合土木工程结构加固要求的玻璃纤维纤维片材理应成为当务之急。  
     2、玻璃纤维的性能及比较先进复合材料的主要增强材料包括碳纤维、玻璃纤维,芳纶纤维等三大类。高性能纤维的性能指标见表1。玻璃纤维是由玻璃经熔融拉丝制成,主要分为E玻璃纤维、S玻璃纤维、A玻璃纤维、C玻璃纤维等。E玻璃纤维含碱量(K、Na)低于1%,具有较大的强度、刚度、延展性,绝缘性、耐热性、耐湿性优越,价格便宜;S玻璃纤维比E玻璃纤维具有较大的强度、刚度、耐热性、耐湿性和耐疲劳性,价格也较高,但比碳纤维及芳纶纤维价格低, S玻璃纤维国产牌号为HS2、HS4,主要用于航空、航天、军用武器装备及压缩天然气气瓶等。A玻璃纤维、C玻璃纤维含碱量(K、Na)较高,强度也较低,尤其在湿态环境下强度下降较多,不适于结构加固。玻璃纤维与碳纤维相比,大的弱点是刚度不够高,耐腐蚀较差,尤其是耐碱性较差,这在相当程度上限制了其在土木工程结构加固领域的推广应用。近几年,国内外新开发出了耐化学腐蚀性更好的ECR玻璃纤维,ECR纤维与E玻璃纤维的耐化学腐蚀性如表2所示。    
                                   表1    高性能纤维性能     
     
                           表2    ECR玻璃纤维与E玻璃纤维耐化学腐蚀性对比    
   
   由表2可知,ECR玻璃纤维的耐化学腐蚀性能比传统的E玻璃纤维有了很大的提高,同时,与碳纤维相比,其延性较好,价格便宜,且电绝缘,尤其玻璃纤维复合材料的热膨胀系数与混凝土接近,在复合材料与混凝土界面处因冷热交变而导致的应力小,因此其在混凝土结构加固领域具有较大的应用潜力。