博士口 硕士口 同等学力在职申请学位口 工程硕士专业学位口 风景园林硕士专业学位口 兽医硕士专业学位口 农业推广硕士专业学位口 中职教师攻读硕士学位口 高校教师攻读硕士学位口西北农林科技大学研究生课程论文（课程名称：）研究 所在 任课 考 考评卷学位课口选修课口补修课口生年级、姓名学院及专业教师 姓名试日期试成绩教师签字处新材料碳纤维混凝土的研究摘要采用碳纤维增强混凝土是混凝土改性的一个重要途径。碳纤维混凝土 (CFRC) 以其良好的力学性能、独特的智能性自感知自调节功能, 显示出相当的工程应用 潜力。本文综述了CFRC的特性及近年在国内外的研究应用状况和发展前景。通过对碳纤维混凝土立方体试件的抗压试验，研究碳纤维体积率对混凝土的抗 压强度的影响。试验结果表明，碳纤维对混凝土的抗压强度有削减作用；但是从 碳纤维混凝土抗压试件的破坏形态来看，相对于基体混凝土，碳纤维混凝土的受 压韧性大幅度提高，混凝土脆性破坏形态变为近似于延性破坏。碳纤维混凝土的 抗折强度比普通混凝土要高；碳纤维混凝土抗折弹性模量与基体混凝土相比略有 提高；弯曲韧性有很大的提高。，增加碳纤维的掺量和提高碳纤维与基体之间的粘 结强度是提高碳纤维混凝土断裂性能的主要措施。关键词：碳纤维碳纤维混凝土(CFRC)力学性能AbstractUsing carbon fibre reinforced concrete (CFRC) is an important way to improve concrete. CFRC has goodpotential of construction utilization with its better mechanical prorerties and unique intelligence. The paper introduced theproperties of CFRC and the utilization and development of CFRC in abroad and home.Research the effect of the carbon fiber volume ratio on the compressive strengthof CFRC througII the corresponding experiment of cube specimensne consequence of experiment indicates that the carbon fiber on the compressive strength of concrete is reduced；But from carbon fiber reinforeed concrete compressive strength specimens of the damage pattern,relative to the matrix of concreteCarbon fiber coherete compression toughness significantly improve the concrete brittle fracture morphology similar to ductile failureThe consequence of experiment indicates that the antiflex cracking strength of CFRC is much higher than common concrete；the flexurai strenmh of CFRC is improvedcarbon fiber concrete flexural streugth thall ordinary concrete to be much higller：Carbon fiber reinforced concrete flexural modulus improve slightly compared with matrix of concrete；Bending toughness is greatly improvedIncreased the amount of carbon fiber andimproved substrate bonding strength between carbon fiber and matrix of concrete ismain measures to improve the fracture toughness of concreteKey words : carbon fibre carbon fibre reinforced conerete (CFRC) mechanical property前言碳纤维混凝土，是在混凝土基体中均匀分散一定比例的碳纤维，使混凝土的 韧性得到改善，抗弯性和折压比得到提高的一种特种混凝土。碳纤维的掺入不仅 可使混凝土显著提高混凝土的强度和韧性，而且其电学性能也有了明显改善，具 备自感应、自调节功能。目前主要研究内容有：(1) 根据目前国内外碳纤维水泥基材料的研究状况 ,寻找出一套合适的碳纤维 水泥基材料的制备方法,解决碳纤维在水泥基中的分散问题。(2) 研究碳纤维混凝土的力学性能,包括抗压强度、抗折强度、劈拉强度。找出 碳纤维对混凝土力学性能影响的规律。(3) 究碳纤维混凝土的耐磨、和抗渗性,讨论碳纤维混凝土耐久性的影响规律。一、碳纤维混凝土的制备碳纤维碳纤维主要可分为两大类:一类是以聚丙烯腈为原料制成的PAN基碳 纤维，另一类是以沥青为原料制成的沥青基碳纤维(P - CF)其中PAN基碳纤维的 价格为沥青基碳纤维价格的510倍。在实验中采用聚丙烯氰基碳纤维,即PAN基 碳纤维， 其性能指标见表1。配合比参见表2。表1聚丙烯氤基碳纤维性能单絆有径/抗拉强.度/MPa抗拉模量/ GPa密度/ (kg; in按配合比称出碳纤维、水泥、砂、石、外加剂和水的丿页量。碳纤维的掺量 按水泥质量的百分比计算。 将一部分水倒入盆中, 放入分散剂震荡 3 5 min , 静置 20 min 左右, 直至甲基纤维素均匀溶解在水中为。目视均匀后, 再将碳纤维加入, 继续振荡, 直至 纤维在溶液中呈单丝状分布为止。 将水泥、砂混合物倒入搅拌机中, 先干搅几分钟, 然后倒入碳纤维水溶液和 外加剂进行搅动。搅拌均匀后, 再放入石子进行搅拌, 搅拌的同时将剩余的水分加 入。 搅拌好的混凝土注入试模中充分振动成型。用塑料布覆盖试块表面, 脱模 后放入养护室中养护。采用上述方法能够较好的实现碳纤维在混凝土中的分散 , 而且操作简单, 实地操作性强, 便于使用。)电阻率/L2g仃1 snni vin -Ati.4S3851 ：1D185卑Bti.4S32?1 ：1D18515(i.545Cti.4S32?1 ：1D18515l.D26D(i.4S32?1185151.5水泥 秒 碎石 水粉财豁维龜列坍落度 /购mH 脸口甘险购皿)/ %/ %/ % /mi表二混凝土配合比二、碳纤维混凝土力学性能1、CFRC 中乱向分布的碳纤维主要作用是：阻止混凝土内部微裂缝的扩展并 阻滞宏观裂缝的发生和发展。因此，对于其抗拉强度和主要由主拉应力控制的抗 剪、抗弯、抗扭强度等均有明显改善；同时提高基体的抗变形能力，从而改善其 抗拉、抗弯和抗冲击韧性。2、碳纤维混凝土抗压强度试验结果见下图：碳纤维的体积分数(%)碳纤纤混凝上的抗压强度也P&)1234平均值0. 0037. 2030. 2631. 1232. 0032. 650, 2530. 1229. 8029. 3629. 0029. 570. 50理1228. 3028. 2630. 1628. 960. 7528, 0029. 1827. 8828, 162乩414028.41由图可知，当碳纤维体积率在00.75%时，随碳纤维体积率的增大，混凝土 有所下降即碳纤维体积率对碳纤维混凝土抗压强度有削弱作用。20强度主要与碳纤维水泥基界面粘结性状和界 耳本强度低，碳纤维掺入后，增加了界面薄弱的抗压强度反而 这是因为碳纤维的掺入能否提 面粘结强度等有关，但由于混凝 层，且P,越大，界面薄弱层越多，因此，受压后，首先在界面区引起破坏，导致 碳纤维混凝土的抗压强度不能提高，甚至还有所下降。但是从碳纤维混凝土抗压试件的破坏形态来看，相对于基体混凝土，碳纤维混 凝土试件受压破坏时仍保持着整体性(见图42)，没有明显的碎块或崩落，只是 出现了裂缝和脱皮。说明受压韧性大幅度提高，混凝土脆性破坏形态变为近似于 延性破坏。3、碳纤维混凝土的抗折强度主要包括抗折初裂强度、抗折极限强度及两者的差 值。其中抗折初裂强度是碳纤维混凝土抗裂性的主要指标。抗折强度试验结果见 下图：碳纤堆休积率1(%)抗折初裂强揑几(MPa)抗折极滾强虛fq(MPa)抗折摭 限强度 和抗祈 钮裂强 度菱 俩韵与素程凝：上扣比提 高知123平均123平均AX55623旳X623.703怒3.903.朋0. 240.25 1X803.923+903.87 I4.214.:怕4.飾4瞪0.45&91L9a so3.864.063.914+504.4S4.5(4. -180.S78.016.00.754M1 2仃d 1艮4 14d 7S4舷1 R74 7ft0苗ILb2L8|310 C. 25 止5 D.75由试验结果可知：(1) 碳纤维混凝土的抗折初裂强度、抗折极限强度及两者的差值均大于基体混 凝土。在P=0.25%时抗折初裂强度、抗折极限强度及两者的差值分别比基体混凝 土提高了7、11、19.8。表明碳纤维混凝土的抗折及韧性明显优于基体混凝 土。(2) 随碳纤的体积率的增加，碳纤维混凝土抗折初裂强度、抗折极限强度都有 相应的提高。4、碳纤维体积分数为1.18%时，CFRC试件劈裂拉伸强度提高122%，按复合 规则，碳纤维的增强作用应随水泥中纤维含量的增大而增加，在碳纤维的重量百 分含量小于 5%时，这个关系几乎是线性的，含量再增加时，碳纤维难以在基体中 分散均匀，不能起到增强效果，甚至使CFRC抗拉强度降低。5、碳纤维含量小于 5%，试件抗折强度随碳纤维含量增加而增加。在沥青基碳 纤维增强轻骨料混凝土研究中，当碳纤维重量百分含量为 3.3%时， CFRC 试样的 抗折强度(8.6MPa)是未增强试样(3.9MPa)的2.2倍。CFRC的抗折破坏亦显 示更高的破坏韧性，抗冲击性能用疲劳冲击能量表示时)是未增强试样的 10 倍 左右(如采用热水养护，可提高约 25 倍)。三、碳纤维混凝土抗渗性能碳纤维混凝土的配比及抗渗试验结果见下表混擬土 组件编号碳纤维 含量/ %