CN1517494A - 芳纶纤维布在结构工程中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芳纶纤维布在结构工程领域中的新用途。该物质不但具有常用的FRP复合纤维的轻质高强、高弹模、在拉断前均为弹性、热膨胀系数低、各向异性、防腐耐久性能好等特点，还具有自己独特的特点，即抗碱腐蚀能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好，这就使其在桥梁、隧道、绝缘性要求高的地铁隧道及海港码头工程中有着广泛的应用。
Description
技术领域 本发明涉及芳纶纤维布的用途，尤其涉及芳纶纤维布在结构工程领域中的应用。
背景技术 芳纶纤维布是芳纶纤维由单向或双向排列形成的一种柔软片材，质轻高强、耐久、耐腐蚀，具有加固补强结构工程所应有的特性，特别适合于耐疲劳性能要求高的构件，而且操作简单，施工安全。
生产这种芳纶纤维布所需的芳纶纤维是一种全芳香族聚酰胺纤维，它是由直径为12um左右的单丝汇集在一起所形成的多纤维状结构，其主要成分是对苯二甲酰对苯二胺聚合物(PPTA)，其中既含有脂肪族主链又含有芳香族主链，所以有牢固的分子结构，具有高强度、高弹性及良好的耐热性，可应用于各种领域。这种芳纶纤维的分子式是：
将芳纶纤维由单向或双向排列织成芳纶纤维布，已知这种芳纶纤维布最早应用在军工用品，如防弹衣中。
发明内容 本发明的目的在于公开这种芳纶纤维布的新用途，即在结构工程中的应用。
实际上本发明涉及这种芳纶纤维布在桥梁加固补强中的应用。
涉及这种芳纶纤维布在工业厂房修复补强中的应用。
还涉及这种芳纶纤维布地铁隧道二次衬砌及防渗的应用。
土木结构工程中常用的FRP复合材料主要有：芳纶纤维(AFRP)、碳纤维(CFRP)和玻璃纤维(GFRP)，其材料形式主要有片材、棒材和型材，所有的FRP都有一些共同的性质：轻质高强、高弹模、在拉断前均为弹性，热膨胀系数低、各向异性、耐腐耐久性能好等，所以在土木结构工程中应用潜力巨大。
本发明所述的这种芳纶纤维布，常用的是单向片材，主要有以下几种规格，其力学性能指标如下表：
| 规格 | 单位重量 | 幅宽 | 拉伸强度 | 弹性模量 | 保证强度 | 设计厚度 |
| (g/m2) | (cm) | (Mpa) | (Gpa) | (tf/m) | (mm) | |
| AK-40 | 280 | 10，30，50 | 2060 | 118 | 40 | 0.193 |
| AK-60 | 415 | 10，30，50 | 2060 | 118 | 60 | 0.286 |
| AK-90 | 623 | 10，30，50 | 2060 | 118 | 90 | 0.430 |
| AK-120 | 830 | 10，30，50 | 2060 | 118 | 120 | 0.572 |
它除了具备以上所有FRP复合材料的共同性质外，还具有自己独特的特点：即抗碱腐蚀能力强、不导电、抗动载、抗冲击性能好，这就使其在桥梁、隧道、绝缘性要求高的地铁隧道及海港码头工程中有着广泛的应用，另外，由于它是一种有机材料，因此和同是有机材料的树脂的浸透能力比其它FRP材料强，芳纶固化时间是其它FRP材料的1/3-1/4，经济效益相应就提高了，有着其它FRP材料所不能比的优势。
为了更好的理解本发明的实质，下面将用芳纶纤维布对构件进行加固与其他常用的加固方法进行比较，以更好的说明其在结构工程领域中的新用途。
1、贴钢板加固法：采用贴钢板对工程构件进行加固时，一般将钢板贴在被加固的桥梁结构受力部位的外边缘，同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，约束混凝土的变形，但是，采用这种方法加固必须注意几点：首先，对钢板的尺寸要求很严格，抗弯时宜薄点以保证它和原结构的变形协调，抗剪时则宜厚点，而且在锚固时应使端部钢板延伸到应力较小区，防止应力集中对结构承载力的损害；其次，贴完后，必须对钢板边缘裂缝的进行处理；最后，还要对钢板进行防腐处理，这也是一项长期的任务，所以综合起来造价相当高，而且，它的使用范围还有一定的局限性，一般只用在刚度要求很严格的地方。而采用芳纶纤维布对其进行加固，就可以避免以上所述的性能缺陷，芳纶纤维布的拉伸强度是钢板的5倍以上，比重约是钢板的五分之一，等同于合成纤维，而且电阻率是8.8×1014，绝缘性好，还具有良好的耐候性，耐水性，耐热性，耐腐蚀性，特别适合于耐疲劳性能要求高的的工程构件，而且操作简单，施工安全。
2、体外预应力加固法：目前常用的体外索是钢绞线，最近又出现了碳纤维筋索，这种加固方法的作用机理是通过在结构的外部布置钢筋或钢绞线并施加预应力，以预应力产生的反弯矩抵消部分外荷载产生的内力，来改善旧桥使用性能并提高其极限承载能力，其优点是能有效的阻止裂缝的进一步开展，而且只要一锚固体外索就开始工作，效果显著，但钢绞线外层的防护套容易老化，所以后期的防腐防锈处理费用较高。尽管碳纤维(CFRP)的防腐性能很好，但由于它的弹模高，约为230Gpa，所以脆性较大，在应用施工时会带来很大缺陷。而芳纶纤维布的弹模是118Gpa，相对于碳纤维，其脆性较小，经芳纶纤维布补强后的构件，其形状几乎不变，而且不需要特别的防腐处理，容易维护管理。
3、碳纤维加固法：目前，在国内的FRP材料加固市场中，碳纤维种类很多，占的比例也最大。虽然它有很大的静载，但由于其是一种脆性材料，如果经常承受动载或冲击，就不能正常的保证其强度的发挥。另外，碳纤维还是一种可导电的材料，这就使其在绝缘性要求很高的电气化铁路、地铁及隧道工程中的应用受到限制，而芳纶纤维布除了抗动载、抗冲击性能很高外，还是一种不导电的材料，在上述结构工程中应用时不存在这样的缺陷，而且芳纶纤维布在抗剪方面也有很大的优势，使其应用范围更加广泛。
当将本发明所述的芳纶纤维布用在工程构件上时，首先应判断该构件该采取那种加固方式。一般加固的方式包括抗弯和抗剪，当进行抗弯加固时，芳纶布的纤维方向与构件的轴向一致；当进行抗剪加固时，芳纶布的纤维方向与构件的轴向垂直。根据工程构件的尺寸大小相应裁剪适当尺寸大小的芳纶纤维布，然后对工程构件进行打磨，使之表面变的平整，确定使构件表面干净、干燥，再将底胶涂布在构件表面，用环氧树脂腻子整平，接下来，在构件上涂布底层浸渍树脂，然后将芳纶纤维布粘贴在构件周围，再涂外层浸渍树脂，确保构件与芳纶纤维布及浸渍树脂之间有高度的粘结力，最后再在纤维布的表面刷上与构件本身相同的颜色，以在起到外层防护的同时，使构件变得美观。其中底胶的用量为O.1-0.3kg/m2，底胶的密度为0.85-1.25g/cm3，粘度≤10000Mpa.S，固化时间≥1h。浸渍树脂的用量根据构件表面状况来确定，一般设计用量为0.66-1.40kg/m2，而且底层的树脂用量与外层的树脂用量还不一样，底层一般是0.2-0.9kg/m2，外层是0.4-0.5kg/m2，浸渍树脂的密度为1.0-1.3g/cm3，粘度为7000-8000Mpa.S，拉伸强度≥29.4Mpa，弯曲强度≥39.2Mpa，固化时间为1.5h。芳纶纤维布粘贴缠绕一周后的搭接长度不少于100mm。
具体实施方式 现通过几个实施例来充分说明本发明在结构工程中使用的有益效果。
实施例1：芳纶纤维布在柱子加固补强中的应用。
采用型号规格为AK-40，单位重量为280g/m2，拉伸强度为2060Mpa、弹性模量为118Gpa的芳纶纤维布对一座旧桥的柱子进行加固。按照桥柱的尺寸，裁剪相应大小的芳纶纤维布，先将桥柱进行打磨，涂布0.15kg/m2的底胶，然后再用环氧树脂腻子进行整平，接下来，在芳纶纤维布底层涂布0.22kg/m2的浸渍树脂，然后将芳纶纤维布粘结在柱子周围，再在纤维布外层涂0.44kg/im2的浸渍树脂，最后用柱子本身的颜色进行涂刷。发现此举可以显著提高柱子的承载能力，据有关试验得出贴一层AK-40可以提高承载30％左右，贴两层可以提高40％左右。
实施例2：对地铁隧道进行加固补强。
因地铁隧道的拱定或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，在进行修复时，就需要相应的材料必须具备良好的抗剪性才行，现采用型号为AK-60，单位重量为415g/m2，拉伸强度为2060Mpa、弹性模量为118Gpa的芳纶纤维布对一个出现裂缝的地铁隧道进行修复，在裂缝表面粘贴一层，底胶用量为0.15kg/m2，底层浸渍树脂用量为0.44kg/m2，外层浸渍树脂用量为0.44kg/m2，发现不但解决了隧道内壁的增强加固问题，而且还消除了隧道的导电隐患。
实施例3：芳纶纤维布在混凝土结构梁的加固补强中应用。
芳纶纤维布在混凝土结构梁的加固补强主要是针对桥梁、民用建筑和工业厂房，其加固的方式包括抗弯和抗剪，在进行抗弯加固时，芳纶布的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，以提高梁的承载能力；在进行抗剪加固时，芳纶布的纤维方向与梁的轴向垂直。类似上述实施例1的操作方法将芳纶纤维布粘贴在梁上，有关试验结果得出贴一层AK-40可以提高承载30％左右，贴两层则可以提高60％左右。
Claims (3)
1、芳纶纤维布在桥梁加固补强中的应用。
2、芳纶纤维布在工业厂房修复补强中的应用。
3、芳纶纤维布在地铁隧道二次衬砌中的应用
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA031011802A CN1517494A (zh) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | 芳纶纤维布在结构工程中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNA031011802A CN1517494A (zh) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | 芳纶纤维布在结构工程中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1517494A true CN1517494A (zh) | 2004-08-04 |
Family
ID=34281377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNA031011802A Pending CN1517494A (zh) | 2003-01-16 | 2003-01-16 | 芳纶纤维布在结构工程中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1517494A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101512083B (zh) * | 2006-09-05 | 2012-07-18 | 新日本石油株式会社 | 利用碳纤维的现有结构物的加强方法 |
-
2003
- 2003-01-16 CN CNA031011802A patent/CN1517494A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101512083B (zh) * | 2006-09-05 | 2012-07-18 | 新日本石油株式会社 | 利用碳纤维的现有结构物的加强方法 |
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