碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维加固钢筋混凝土的性能比较

３ 实验 结 果 讨 论 ３．１ 承 载 能 力 和破 环模 式
各种 ＦＲＰ加 固梁 的承 载 能 力 及 破 环 模 式 见 表 ３。所 有 加固梁 的破环均始于 ＦＲＰ的开胶 。开胶 多发 生在跨 中。钢
格 便宜 。从经 济、技术方面综合考虑是一种可取 的材料 。它 筋屈服后 ，在跨 中附近 的的裂缝处出现开胶 ，导致破坏 ，混凝
１ 概 述
１．５，强度为 ３ ４００～４ １００ ＭＰａ，与玻 璃纤维 相 比，它 的韧性
修复缺陷以使桥 梁恢 复原 状 ，加强 构件 以提 高承 载能 好 ，抗冲击和抗磨损性 能好。芳纶纤维 是一种惰性 材料 ，能
力 ，都需要对桥梁进行加固。 目前桥梁承受的实际荷载远远 抵抗化学溶液 的降解 。它的缺点是抗紫外线辐射能力差 ，对
六片钢筋混凝土梁 。其 中一片不进行加固 ，其余 五片分别用 ＣＦＲＰ、ＧＦＲＰ、和 ＡＦＲＰ进行加 固 ，六片梁的加固情 况见表 １， 各 种纤 维 的力 学 性 能 见 表 ２。
表 １ 梁 的 加 固 情 况
具有各种性能的复合材料 。它最早用于航空航天 、汽车制造
等领域。 白２０世纪 ８０年代开始在土木工程 中应用 ，之后在
超过了设计荷载 ，再加上设计 和施工方面 的误差和错误 以及 徐变也较 为敏感 。从经济一技术指标看 ，芳纶纤维介于碳纤
周围环境 的侵蚀 ，很多桥梁丞待进行维修加固。
维和玻璃纤维之间 。
桥 梁 加 固 的方 法 很 多 ，但 最 实 用 的方 法 是 在结 构 的受 拉 ２ 对 比 实验
为 强度 的 ３０％ 。
重要作用 ，在设计 时采 用 了折减系数进行计 算 ，即使 有开胶
芳 纶 纤 维 增 强 聚 合 物 （ＡＦＰｄ＇）为 黄 色 ，比 重 为 】．４ — 现 象 的发 生 ，设计 仍 偏 于保 守 。
收 稿 日期 ：２０１０—０９—１７ 作者 简 介 ：路 建 印 （１９７５一），男 ，河 北 省邯 郸人 ，工 程 师 ，主要 从 事 高 等级 公 路 养护 工 作 。
的外 观 是 白色 ，抗 拉 强 度 １ ５００～３ ５００ ＭＰａ，比 重 为 ２．５— 土未 被 压 碎 。
２．６，弹性 模 量较 低 。在 加 固 钢 筋 混凝 土 梁 时 ，对 提 高 刚 度 的
ＦＲＰ加固梁 的开裂 荷 载 ，屈服 荷载 和极 限荷载 列于表
贡献不大，另外 ，玻璃不能抗酸腐蚀 ，在较高的持续 荷载作用 ４，极 限 承 载能 力 的增 加 从 一 层 碳 纤 维 的 ２８％ 到 ３层 玻 璃 纤 下 ，它 可 能过 早 地 出 现 徐 变 破 坏 。所 以 建 议 ，设 计 强 度 限定 维 的 ７８％ ，可 以看 出 ，多 层 ＦｌＩＰ对 提 高屈 服 后 的承 载 能 力 有
人们还是倾 向于使用 ＣＦＲＰ。而实际上 的障碍是它 的造 价 ，
它的单价 比其它的纤维高得多 ，是它未能广 泛采用 的制约条
件 。 为此人们开始探求另外 的代替材料一造价既不太贵 ，使
用性能又好 的复合材料。将芳纶纤 维和玻璃纤 维增强 聚合 物推上 了桥梁加固的历史舞 台。
玻 璃 纤 维增 强 聚 合 物 （ＧＦＲＰ）最 突 出 的优 势 就 是 它 的价
纤 维 名 抗拉 强 弹 性 模 厚 度 ／ 重 量／ 极 限 拉 度／ＭＰａ ￣ｔ／ｃＰａ ｍｍ （ｋｇ／ｍ２） 伸／％
潜 力 ，也 就很 难 指 望 被 加 固梁 的承 载 力 有 大 幅 度 的 提 高 。尽
管如此 ，由于它 的重量轻 、易操作 ，以及很好 的 的力 学性能 ，
面粘 贴 某 种加 固材 料 。 用 纤 维 增 强 聚合 物 （ＦＲＰ）作 为 加 固
在 相 同条 件 下 才 能 对 各 种 纤 维 进 行 对 比 ，为 此 ，制 作 了
材料 已得到普遍认可 。它具有 强度高 、质量轻 、不易锈 蚀等 优 点 。
ＦＲＰ是一种复合材料 （Ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）。它是 以环氧树脂为基质材料 ，以各种 高强纤维做增 强材料 ，形成
２０１１年 第 ２期 （总第 ２０４期）
黑龙江 交通科技
ＨＥＪＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡｏＴＯＮＧ ＫＥＪ Ｊ
Ｎｏ．２，２０１１
（Ｓｕｍ Ｎｏ．２０４ ）
碳 纤维 、玻璃 纤 维和 芳纶 纤维加 固钢 筋混 凝 土 的性 能 比较
路 建 印 ｆ河 北 省 石 黄 高速 公 路 管 理 处 ）
世界 范 围 内很 快 得 到 推广 。
目前 应 用 最 多 的 是 碳 纤 维 增 强 环 氧 树 脂 （ＦＲＰ）。究 竟
哪种纤维更适用 ，尚需进一步讨论。对 于桥梁加 固大部分人
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认为碳纤维较为合适 。主要是 考虑到它有很 高 的抗 酸性和
抗应力腐蚀 能力 。另 外 ，在 这几种纤维 中 ，碳 纤维 的强度最
摘 要 ：用纤维增强 聚合物 （腿 Ｐ）加 固钢筋混凝土桥梁已非常普及 ，取 代钢板加 固已成 定势。各种增强纤维 中，目前最常用 的是碳纤维 ，其 以强度高 、弹模高 居首。但 芳纶纤 维的韧性 、玻 璃纤维 的廉 价也各有独 到之 处 。设 计 时 采 用 哪种 材 料 应 根 据 强 度 、刚度 要 求 ，使 用 环 境 ，工 程 造 价 等多 方 面 的 因素 进 行 取 舍 。 关 键 词 ：纤 维加 固 ；钢 筋混 凝 土 ；实 验对 比 中 图分 类 号 ：Ｕ２１４ 文 献 标识 码 ：ｃ 文 章 编 号 ：１００８—３３８３（２０１１）０２—００１２—０２
高 ，弹性模量最大 。重量 为钢板 的 １／５，强度却 是钢板 的 ８—
１０倍 。
但是 ，对碳纤维加固梁 ，一 个最关键 性的非议 就是被加
固 梁 的破 坏 模 式 ，即所 谓 脆 性 破 坏 。 贴 上 去 的 ＦＲＰ片 经 常
会过早 的开胶脱落 ，导致结构破 坏。实际上很 难达到 ＣＦＲＰ 被拉断的地步。也就是说 ，碳纤维根本无法发挥出它巨大 的