a、芳綸纖維不導(dǎo)電(碳纖維導(dǎo)電),因此在地鐵、工業(yè)廠房等結(jié)構(gòu)中使用碳纖維就有很大的局限性甚至禁入性,此外,碳纖維用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng),務(wù)必與鋼筋隔離以防電化學(xué)腐蝕,而使用芳綸纖維則不受限此限制。
b、碳纖維布的抗剪強(qiáng)度較低,易折斷,這使得施工時(shí)倒角處理要求較高,倒角半徑不小于20mm,而芳綸纖維僅需10mm即可。
c、碳纖維的高彈性模量使其能承受長(zhǎng)期靜荷載,這是其最為突出的優(yōu)點(diǎn),而對(duì)于承受動(dòng)載和局部沖擊作用則芳綸纖維更具競(jìng)爭(zhēng)力。
d、碳纖維在用于限制梁的擾度時(shí)同芳綸纖維布相比具有一定優(yōu)勢(shì),但在施工的可操作性方面芳綸纖維無(wú)疑是更適合的材料。
e、碳纖維加固后的破壞模式是脆性(結(jié)構(gòu)變形小,碳纖維布的極限延伸率小),沒(méi)有明顯征兆,因而作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),必須采用較大的安全系數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,已破壞的素混凝土構(gòu)件用芳綸纖維布外包補(bǔ)強(qiáng)后,再次加載,其破壞過(guò)程依然是塑性的。“五角大樓晚塌35分鐘,凱夫拉纖維功不可沒(méi)”是一個(gè)極好的例證。作為延性補(bǔ)強(qiáng),芳綸纖維材料是理想的材料。
兩種纖維材料性能詳細(xì)比較見(jiàn)表1
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表1 碳纖維和芳綸纖維材料特性比較 |
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抗拉強(qiáng)度(Mpa) |
耐久性 |
防紫外線能力 |
比重 (g/cm3) |
彈性模量 (Gpa) |
延伸率(%) |
破壞特點(diǎn) |
是否導(dǎo)電 |
施工操作性 |
受力特點(diǎn) |
碳纖維 |
3000 |
良好 |
良好 |
1.7~1.9 |
200~240 |
1.4 |
脆性 |
導(dǎo)電 |
方便,倒角半徑大于20mm |
高彈性模量使其能承受長(zhǎng)期的靜載荷 |
芳綸纖維 |
2060 |
良好 |
良好 |
1.44 |
125 |
2.4 |
塑性 |
不導(dǎo)電 |
很方便,倒角半徑10mm左右 |
抗動(dòng)載和局部沖擊 |
注意:上述兩種纖維的強(qiáng)度均為材料本身的強(qiáng)度,而不是纖維布的強(qiáng)度,具體纖維布的強(qiáng)度如下:
1)、碳纖維,0.11mm和0.167mm為常用的兩種規(guī)格,強(qiáng)度3000MPa、由于碳纖維發(fā)生的是脆性破壞,破壞前沒(méi)有一點(diǎn)征兆,所以考慮的安全儲(chǔ)備系數(shù)一般為0.5~0.7,即能發(fā)揮的強(qiáng)度只有0.6×3000=1800MPa
2)、芳綸纖維,AFS-40和AFS-60為常用的兩種規(guī)格,厚度分別為0.193mm和0.286mm,強(qiáng)度2060MPa、由于芳綸纖維的韌性特別好,它的安全儲(chǔ)備系數(shù)一般為0.75—0.95,即它能發(fā)揮的強(qiáng)度有:0.85×2060=1751MPa
所以強(qiáng)度的有效值是相當(dāng)?shù)?,但碳纖維加固后的構(gòu)件破壞形式為脆性破壞,使其比較適合于承受長(zhǎng)期靜載荷的結(jié)構(gòu),而芳綸纖維的抗局部沖擊能力強(qiáng)(從早期的用于做防彈衣可以看出),因此比較適合于承受動(dòng)載的構(gòu)件。
另外,我們知道FRP材料之所以用來(lái)加固,主要是在于纖維布浸透樹(shù)脂后,通過(guò)樹(shù)脂與混凝土間的很好的粘結(jié)能力來(lái)達(dá)到一種協(xié)調(diào)變形,共同承受載荷。由于芳綸布和樹(shù)脂同為有機(jī)材料,兩者之間的結(jié)合力很強(qiáng);而樹(shù)脂與無(wú)機(jī)材料碳纖維結(jié)合時(shí),滲透能力就不如芳綸好,這樣一來(lái)碳纖維就只能做的很薄了,而且要使它充分浸透,工期比方論纖維要長(zhǎng)很多,也就是相應(yīng)增加了綜合造價(jià)。