碳纤维增强水泥基复合材料的力学性能研究进展

2021-07-15程健强王文广

辽宁石油化工大学学报 2021年3期

程健强，王文广，韩杰

（1.辽宁石油化工大学土木工程学院，辽宁抚顺113001；2.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺113001；3.中国科学院金属研究所，辽宁沈阳110016）

传统意义上的砂浆和混凝土等水泥基复合材料在抗压强度、耐火、耐水和耐腐蚀性能等方面有着优异表现[1⁃3]，但由于功能相对单一，脆性大,抗裂、抗变形、抗渗性能等都较差[4⁃5]，同时其低抗拉强度、抗弯强度和断裂韧性等也都很大程度上限制了其在特殊领域中的应用[6⁃8]。随着社会的日益进步，人们对建筑设计的外观、可靠性、安全性等都提出了更高的要求，超高强度[9⁃10]、自感知[11⁃12]等新型功能混凝土，智能监测混凝土[13⁃15]成为目前研究的重点。

碳纤维(Carbon Fibers,CFs)作为增强相具有诸多优点，其密度低，弹性模量、拉伸和抗压强度高，具有导热、导电及耐腐蚀等特性[16⁃17]。目前，纤维增强复合材料应用广泛，通常将其与水泥、金属或树脂等基体材料复合制备功能各异的结构复合材料[18⁃22]。

CFRC 是将短切CFs 作为增强相加入水泥净浆、水泥砂浆或混凝土等水泥基体后组合成的复合材料。CFs 随机分布于水泥基体中，起到阻裂和增韧作用[23]，延缓水泥基体中微裂缝扩展，桥接裂缝并抵消一定的拉应力，提高水泥基体的抗拉、抗弯强度和断裂韧性[24⁃26]。CFRC 不但具备优异的力学性能，还在诸如导电性、压敏性、机电性能、电磁屏蔽性、相对化学惰性等方面有着突出表现[27⁃29]。