土木工程用层内混杂纤维布及多层混杂纤维布制造技术

本发明专利技术公开了一种在保证被加固构件的刚度和强度的前提下，能有效地提高纤维效率和被加固构件的延性，并能够显著降低造价和使用成本的土木工程用层内混杂纤维布及多层混杂纤维布。层内混杂纤维布包括高延伸率的纤维（１）、高强度和高弹模的纤维（２）、连接线（３），所述高强度和高弹模的纤维（２）与所述高延伸率的纤维（１）通过所述连接线（３）混编在一层内成为混杂纤维布，所述高强度和高弹模的纤维（２）与所述高延伸率的纤维（１）沿长度方向平行设置，所述连接线（３）沿宽度方向设置。多层混杂纤维布包括至少两层所述土木工程用层内混杂纤维布，各层所述土木工程用层内混杂纤维布之间为层间混杂。本发明专利技术可广泛应用于土木工程领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纤维布，尤其涉及一种土木工程中用于结构加固的纤维布。
技术介绍
目前，纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,简称FRP)加固结构技术 已成为国内外土木工程结构加固的一种常用技术。但无论国内还是国外所有的研究应用 都是单一纤维材料加固，包括碳纤维(Carbon Fiber,简称CF)、玻璃纤维(Glass Fiber，简 称GF)、芳纶纤维(Kevlar Fiber,简称KF)和玄武岩纤维(Basalt Fiber,简称BF)等，而 且绝大部分为碳纤维增强复合材料(CFRP)加固，其他几种纤维应用较少。然而，单一纤维 材料的优缺点往往都非常突出，例如CF的弹模和强度高，而断裂延伸率低，且主要依靠进 口价格昂贵；相反，GF虽然弹模和强度较低，但其断裂延伸率高，而且价格便宜(仅为CF的 1/9 1/3)。另外，FRP中不可避免地存在着纤维断裂、缺陷和薄弱环节，在FRP受拉时这 些受力大的薄弱纤维先断裂，纤维受力情况产生重新分配，随之又有一些受力大而薄弱的 纤维陆续断裂，直至纤维束全部断裂。由于单一纤维材料物理性质相同，单一FRP的裂纹容 易立即向周边发展，迅速导致相邻纤维逐个断裂，容易发生整体瞬间破坏，所以其性能发挥 率很低。国内外实验研究表明，通过CFRP加固混凝土圆柱，测得CFRP的平均断裂应变只能 达到O. 5%左右，即纤维延伸率仅发挥1/3，而加固抗弯构件测得CFRP的平均断裂应变也仅 达到1%左右，由此可见CFRP的性能发挥率很低，再加上CFRP价格昂贵，采用单一 CFRP加 固会造成巨大的资源浪费。另外，碳纤维高强度和高弹模但断裂延伸率太低的特性容易导 致被加固构件延性大大降低，对结构抗震不利。 纤维复合材料领域的研究证明不同性质的纤维之间进行混杂后能产生混杂效 应，它可让不同纤维之间扬长补短。以GF和CF混杂为例GF与CF的混杂比为2的混杂纤 维复合材料(HFRP)的断裂应变比CFRP高30 50X，玻璃纤维增强复合材料(GFRP)的模量 一般较低，但如引入50%的碳纤维作为表层，复合成夹芯形式，其模量可达到CFRP的90%; 单一GFRP的疲劳寿命为非线性递减，如引入50X的碳纤维，其疲劳寿命将转变为线性递 减，其循环应力也有较大的提高；引入碳纤维的量为2/3时，其寿命接近单一 CFRP ;GFRP虽 属电绝缘材料，但它有产生静电而带电的性质，碳纤维是导电、非磁性材料，用两种纤维混 杂具有除电及防止带电的作用。由此可见，把两种以上的材料制成复合材料可以克服单一 材料的缺点，改进单一材料的性能，并通过各组分的匹配协同作用，还可以出现原来单一材 料所没有的新性能，达到材料的综合利用，以提高经济效益。如图1所示HFRP能产生单一 FRP没有的多次断裂性能。 但是，目前应用在土木工程中用于结构加固的混杂纤维布都是"层间混杂"，即混 杂纤维布包括至少两层纤维，每层的层内均是一种现有类型的纤维布，层与层之间分别属 于不同性质的纤维，层与层之间通过含浸树脂相连接，这种层间混杂的纤维布虽然能够利 用不同性质的纤维的特性，但是不同性质的纤维之间的配比不易调整，因此其整体物理性 质的调整不够丰富，不能根据需要进行调整；而且，层与层之间的性质相差较大，这种结合方式对纤维布整体的性能均匀性有不良影响，这种层间混杂至少需要三层纤维才能达到受 力对称均匀的效果，但在混凝土结构加固中一层和两层FRP加固的情况较多，因此现有的 层间混杂往往只能采用一层碳纤维加一层玻璃纤维的形式，而且两层不同材质的纤维布粘 贴时还需要各自搭接，除了浪费材料以外还会影响粘贴加固效果，因此纤维布混杂性能并 不能充分发挥出来；另外，这种层间混杂的纤维布层数多，浪费材料，其成本高，使用不经 济。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在保证被加固构件 的刚度和强度的前提下，能有效地提高纤维效率和被加固构件的延性，并能够显著降低造 价和使用成本的土木工程用层内混杂纤维布。 另外，本专利技术还提供一种包括上述土木工程用层内混杂纤维布的多层混杂纤维 布。 本专利技术的土木工程用层内混杂纤维布所采用的技术方案是本专利技术的土木工程用层内混杂纤维布包括高延伸率的纤维、高强度和高弹模的纤维、连接线，所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维通过所述连接线混编在一层内成为混杂纤维布，所述高强 度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维沿长度方向平行设置，所述连接线沿宽度方向设置。 所述高延伸率的纤维采用E玻璃纤维或S玻璃纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维。 所述高强度和高弹模的纤维采用碳纤维。 所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维之间的混杂比例为2 : l 1 ! 3。 本专利技术的土木工程用多层混杂纤维布所采用的技术方案是本专利技术的土木工程用 多层混杂纤维布包括至少两层土木工程用层内混杂纤维布，各层所述土木工程用层内混杂 纤维布之间为层间混杂，所述土木工程用层内混杂纤维布包括高延伸率的纤维、高强度和 高弹模的纤维、连接线，所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维通过所述连接 线混编在一层内成为混杂纤维布，所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维沿长 度方向平行设置，所述连接线沿宽度方向设置。 所述高延伸率的纤维采用E玻璃纤维或S玻璃纤维或玄武岩纤维或芳纶纤维。 所述高强度和高弹模的纤维采用碳纤维。 所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维之间的混杂比例为2 : l 1 ! 3。 各层所述土木工程用层内混杂纤维布的混杂比例相同； 进一步，各层所述土木工程用层内混杂纤维布之间为叠层混杂或错层混杂。 或者，各层所述土木工程用层内混杂纤维布的混杂比例不同。 本专利技术的有益效果是由于本专利技术的土木工程用层内混杂纤维布包括高延伸率的 纤维、高强度和高弹模的纤维、连接线，所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸率的纤维 通过所述连接线混编在一层内成为混杂纤维布，所述高强度和高弹模的纤维与所述高延伸 率的纤维沿长度方向平行设置，所述连接线沿宽度方向设置，本专利技术采用层内混杂纤维布加固建筑结构技术，将高延伸率(断裂延伸率高)且价格低的纤维(如玻璃纤维或玄武岩 纤维)与高强度和高弹模的纤维(如碳纤维)混编在一层内成为混杂纤维布，从而达到在 保证足够的强度和刚度的前提下有效提高纤维性能发挥率和被加固构件延性，能显著降低 造价，且合理灵活，方便施工，是适用于土木工程加固的物美价廉的纤维布；本专利技术可根据 混杂目标和纤维束性能(厚度、与结构胶浸润性和适配性、力学性能)选择纤维，然后进行 混杂配比以及排列设计；混杂后的HFRP中的CF发挥效率得到显著提高，而当混杂比例适 当时能产生多次断裂这一单一 FRP没有的特性，而且混杂后的HFRP比单一 FRP的性价比更 高，更能合理灵活地满足各种要求，故本专利技术在保证被加固构件的刚度和强度的前提下，能 有效地提高纤维效率和被加固构件的延性，并能够显著降低造价和使用成本。附图说明 图1是各种FRP的应力_应变(o _ O曲线关系示意图； 图2是本专利技术实施例一的纤维在层内混杂排列和匹配的正面结构示意图； 图3是图2所示P-P的断面结构示意图； 图4是本专利技术实施例二的纤维在层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土木工程用层内混杂纤维布，其特征在于：包括高延伸率的纤维（１）、高强度和高弹模的纤维（２）、连接线（３），所述高强度和高弹模的纤维（２）与所述高延伸率的纤维（１）通过所述连接线（３）混编在一层内成为混杂纤维布，所述高强度和高弹模的纤维（２）与所述高延伸率的纤维（１）沿长度方向平行设置，所述连接线（３）沿宽度方向设置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建中，熊光晶，王霓，
申请(专利权)人：杨建中，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]