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建筑工程结构新型复合材料

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  • 建筑工程结构新型复合材料

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FRP复合材料系列产品
 
 
工程结构新型复合FRP系列产品是由纤维和树脂组成的复合材料，以其轻质、高强、耐久和抗腐蚀成为土木行业一种新型的结构材料，利用FRP复合材料替代钢材，将成为土木工程行业的一次革命。
 
 
一、基本介绍
FRP是纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer)英文名字的缩写。二十世纪五、六十年代以来，由于航空工业的发展需要，FRP复合材料被研究开发，并广泛应用于航空航天领域，如飞机制造、导弹、卫星部件等。近年来，随着FRP复合材料制备加工工艺的发展和原材料价格的大幅下降，FRP复合材料被成功应用于土木工程领域，开始用于既有结构加固和新建结构工程当中，成为一种新型的、高性能的智能化土木工程结构材料，形成了可靠的设计应用规范，如美国混凝土协会ACI440.1R-06(FRP筋增强混凝土结构设计与施工规范)、ACI440.2R-08(FRP外粘结加固混凝土结构设计与施工规范)，中国也于2003年推出“碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程”。
FRP复合材料是用增强纤维和树脂通过拉挤精密合成，根据所应用增强纤维的不同，分为碳纤维增强聚合物(CFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GFRP)、玄武岩纤维增强聚合物 (BFRP)以及芳纶纤维增强聚合物(AFRP)。
哈尔滨泰达尔科技有限公司、深圳泰达尔智能工程有限公司联合哈尔滨工业大学工程结构智能监测与控制中心对FRP复合材料深入了研究和广泛应用，其应用领域已经包括FRP筋(用于替代传统钢筋)、FRP结构加固与修复(用于替代传统钢板粘结加固)、全新FRP结构工程。

附表1 常用纤维物理及力学性能与钢材的比较
纤维种类
密度
（g/m3）
抗拉强度
（GPa）
弹性模量
（GPa）
延伸率
（%）
热膨胀系数
（10-6/℃）
玻璃纤维
S（高强）
2.49
4.6
84
5.7
2.9
E（低导）
2.55
3.5
74
4.8
5
M（高模）
2.89
3.5
110
3.2
5.7
AR（抗碱）
2.68
3.5
75
4.8
7.5
碳纤维
普通
1.75
3.0
230
1.3
0.8
高强
1.75
4.5
240
1.9
0.8
高模
1.75
2.4
350
1.0
0.6
极高模
2.15
2.2
690
0.5
1.4
芳纶纤维
Kelvar 49
1.45
3.6
125
2.5~4.0
2.8
Kelvar 29
1.44
2.9
69
4.4
HM-50
1.39
3.1
77
2.2
玄武岩纤维
 
2.65~3.05
3.0~4.8
79.3~93
3.2
6.5
钢材
HRB400钢筋
7.8
0.42
200
18
12
钢绞线
7.8
1.86
200
3.5
12

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
附表2 常用树脂物理及力学性能
树脂种类
密度
（g/m3）
抗拉强度
（MPa）
弹性模量
（GPa）
延伸率
（%）
抗压强度
（MPa）
抗弯强度
（MPa）
热固性树脂
环氧树脂
<1.15
<85
3.2
5
<110
<130
酚醛树脂
1.3
42~64
3.2
2
<110
<120
聚酯
<1.4
<71
2.1~4.5
5
<190
<120
热塑性树脂
聚酰胺
（尼龙）
1.1
70
2.8
60
90
100
聚丙烯
0.9
35~40
1.4
200
56
<56
二、FRP复合材料系列产品
我公司根据土木工程特点和要求开发研制出了多种FRP筋，以其优异的力学性能、耐久性性能和抗腐蚀，已经成功应用于桥梁工程、水力工程、海洋工程、隧道工程、道路工程以及一些特殊电磁要求的特种工程中。
1.      CFRP筋（碳纤维筋）
（1）    产品简介：
CFRP筋是以日本东丽(Torayca)的 T700 12k高性能碳纤维进口原料为增强材料，添加环氧树脂、聚酯树脂、脱模剂、固化剂、Al(OH)填料、增塑剂等专利配方，采用拉挤成型工艺或拉挤缠绕成型工艺制备而成。具有高强度、高模量、高耐久性、低密度和优异的抗疲劳及低蠕变性能。     
我公司可以生产各种直径的光面连续纤维CFRP筋，并自主研制开发了带肋FRP筋生产设备，成型产品完全满足土木工程的设计和施工要求。
 

碳纤维基本物理及力学性能
纤维种类
抗拉强度(MPa)
弹性模量(GPa)
伸长率(%)
密度(g/cm3)
东丽T700碳纤维
4900
230
2.1
1.8

 
光面CFRP筋
带肋CFRP筋
 
 
（2）    性能指标
 

抗拉强度 (MPa)
2000
抗拉模量 (GPa)
150
密度 (g/cm3)
1.5
直径（mm）
3.5，5，7，10，12，14
耐久性（在60℃下，连续实验2个月）
碱
强度损失率
1.64
模量损失率
16.53
酸
强度损失率
2.91
模量损失率
14.46
盐
强度损失率
3.69
模量损失率
14.5
CFRP筋与Q235光圆钢筋疲劳寿命对比
*大循环应力/极限拉伸强度
CFRP筋（R=0.5）
Q235（R=0.047~0.057）
0.5
105.26
107.36
0.6
104.63
106.66
0.7
102.74
106.12

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
（3）    产品特点：
（a）    强度高：抗拉强度优于普通钢材，是同规格钢筋的5倍以上，且抗疲劳性好；
（b）    质量轻：仅为同体积钢筋的1/5；
（c）    耐腐蚀性强：可抵抗氯离子和低PH值溶液的侵蚀，尤其是抗碳化合物和氯化合物的腐蚀性更强；

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深圳泰达尔智能工程有限公司

 

 

 

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