土工合成材料的优点范文

关键词：碳纤维；混凝土；加固

中图分类号：TU599文献标识码：A文章编号：1006-8937（2013）08-0155-01

作为一种高性能的复合型材料，碳纤维一直用于体育、航空航天等产业的材料应用，随着经济和科研力度的不断提升，近年来，碳纤维的价格不断降低，这促使这种高性能的材料在房屋建筑、市政、道路桥梁等行业逐渐得到应用。由于该种复合型材具有耐久性强、耐腐蚀的特点，因此在建筑等行业中主要应用于改变构件受力性能以及结构补强。而混凝土作为目前使用最为广泛的建筑原材料，它的工程力学性能一直是人们关注的问题，随着科研技术地不断发展，混凝土逐渐向高强度、多功能以及智能化的方向发展，碳纤维混凝土的出现是无机材料和有机材料的高效融合，这是一种新型的智能材料，碳纤维的使用能够大大改良混凝土的特性。

1碳纤维材料的物化性质

碳纤维是含碳量高达90%的复合型材料，其具有耐高温、高强度、抗蠕变、耐酸碱腐蚀、可传热以及可导电等优良性质，其密度比铝小，但强度比钢材的强度还要大，它的耐腐蚀性要比不锈钢的耐腐蚀性还要优越，其耐高温性比耐热钢的还强，因此它是集力学、电学以及热学性能为一身的化工新材料。将碳纤维运用在混凝土中，对混凝土的延展性、抗冲击性等显著改善，尤其是能够显著改善传统混凝土脆性大的缺点，增强其韧性。和抗疲劳性。

2碳纤维复合材料对混凝土的加固原理

在混凝土中加入碳纤维对混凝土进行加固，这种方法从1996年就已经被引入到国内，并很快受到工程界的强烈关注。其加固原理是将碳纤维复合材料通过一定的技术粘贴在混凝土结构的表面，通过混凝土结构和碳纤维材料之间的协同作用，最终达到对混凝土结构构件加固补强，并有效改变混凝土结构性能的目的。

3碳纤维复合材料在混凝土加固中的应用

加固混凝土构件中使用的碳纤维材料通常有两种，一种是碳纤维材料，一种是配套树脂。正如上文提到的，碳纤维材料有高强度、自重轻、高弹性模量等优良特点；配套树脂包括有粘结树脂、找平树脂以及底层树脂，其中粘结树脂的作用是使混凝土和碳纤维材料形成统一的复合材料，而后两种树脂的作用则是提高混凝土构件和碳纤维材料。混凝土通过和碳纤维复合型材料的共同作用，达到提高混凝土抗剪承载力和混凝土构件的抗弯能力，进而达到了结构补强和加固的目的。

按照碳纤维原丝的不同能够将碳纤维布分成黏胶基、PAN基以及沥青基等三种类型的碳纤维布。在对混凝土构件进行加固时需要对构件的结构施工设计、构件腐蚀以及其实测强度等材料，利用碳纤维布对构件或者混凝土结构进行加固设计。加固用的胶粘材料包括三种：第一，底涂胶。将其涂在混凝土构件或结构的表层，能够使表层的强度得到加强，这样就能够有效提高碳纤维和混凝土的粘结性；第二，浸渍树脂，其能够使碳纤维片材相互结合在一起，并使其呈现出硬化的板状物，并能够使混凝土和碳纤维强力粘结在一起，使两者构成一个统一的复合体；第三，修补胶。该胶粘材料可以对混凝土表面进行平整，得到平整后的构件能够和碳纤维材料更好结合在一起。

4碳纤维复合材料加固设计计算

用于混凝土构件加固的碳纤维复合型材料主要是上文介绍的碳纤维布，其在实际工程中的应用技术已经比较成熟。其优点主要体现在提高混凝土结构的受剪承载力、受弯承载力、抗震力以及抗疲劳能力等。使用碳纤维布对混凝土结构进行加固时要坚持以下两个基本原则：

①对那些钢筋锈蚀程度比较小，并且外观相对完好，并且保护层没有开裂的混凝土结构或构件，对其计算承载力时，为了方便计算可以认为混凝土和钢筋间的粘结强度以及自身强度没有降低。针对这类构件进行加固处理时只需要对其进行防腐蚀预防加固就能够提高构件的抗腐蚀性能。即对这一类型的混凝土构件进行加固时只是结构性加固，并不需要计算使用碳纤维布的数量。

②对于那些表面防护层已经破裂，钢筋锈蚀程度比较深的混凝土构件，由于其钢筋严重锈蚀，所以钢筋截面减少严重，这导致钢筋的强度严重降低，并且其和混凝土之间的粘结强度降低。因此在针对这一类型的混凝土构件进行加强时要考虑实际的结构锈蚀程度，计算所需的碳纤维布的数量。通过计算横向和纵向使用的碳纤维布的数量，进而达到提高混凝土结构的抗剪承载力和抗弯承载力。这种类型的加固是对混凝土结构的强度的提高。

计算碳纤维布用量时，应按照受力相等的力学原理，通过等效转换的方法把碳纤维布的面积等效转化成钢筋面积，公式表达为：

其中，Ase是抵抗不足弯矩需要的钢筋截面积，Acfs是碳纤维布的横截面积，fcfs是碳纤维布容许拉应力，单位取MPa，fy是钢筋抗拉强度，令fcfs=φ×β×1800，φ在这里表示为碳纤维布利用系数，按照我国目前实际工程设计的情况，建议取其值为0.85，β是层数折减系数，取值时按照表1中的规定选择准确的值。

取碳纤维布的净面积，其计算公式为：

其中，tcfs表示的是碳纤维布的厚度，n是粘结层数，Bcfs表示的是碳纤维布的幅度。

5工程实例

某实验大楼建成时间是1988年，在2009年对该实验大楼的质量检测报告中显示大楼结构中有部分框架梁端出现了明显的裂缝，这对大楼造成了严重的质量安全隐患，因此要对出现质量问题的梁进行加固处理。考虑到该实验大楼的正常使用功能，设计人员选用具有高强度的碳纤维复合型材料对这部分梁进行加固，这样不仅能够方便施工，还能够大大缩短工期。经过对工程实际情况进行探明并对碳纤维材料进行综合考量后，决定选用FTS-CI-20碳纤维布对梁结构进行粘贴。

该碳纤维布的性能指标是：纤维布厚度0.112mm，重量为200g/m，纤维为单方向，其弹性模量是2.33×105MPa，抗拉强度是3545MPa。工程选用的胶粘性材料为FE胶、FP胶和FR胶，这几种树脂胶使用温度为6～34℃，粘贴强度是2MPa，抗剪强度是10MPa，使用时间在25～120min。由于本次加固属于结构性加固，因此不需要计算碳纤维布的层数，直接加固。加固采用的U型粘贴的方案直接进行梁结构加固。经过加固以后，梁的抗剪承载力比未加固前提高了42%～61%，施工期间没有妨碍大楼的正常使用，工期为2d。

通过该工程实例证明，采用碳纤维复合型材料不仅大大方便了施工，同时也显著提高了混凝土结构的强度。

6结语

总之，碳纤维复合材料的优越的物理、化学以及热学特性，在加上其价格上逐渐显现出来的优势，它在建筑领域中的应用必将逐渐广泛。尽管在目前建筑工程中的使用还有某些方面的不足，但是随着科研技术的不断发展，相信在不远的未来，这种新型的复合型材料在实际工程中的应用中必定会越来越广泛。

土工合成材料的优点范文篇2

【关键词】土壤凝合素沙性土壤公路工程

中图分类号：TU文献标识码：A文章编号：1009-914X（2013）35-098-01

1.2土壤凝合素国际国内的研究状况和进展

DNT土壤凝合素是根据土壤中化合物的结构特点研发的。它不同于水泥、石灰、粉煤灰这些通常使用的工程材料，目前虽然这些材料仍是公路、水利等基础工程建设中必须的主要材料，但是这些传统材料所产生的一些不良性能严重影响着工程造价和工程质量。在传统材料的长期应用中，人们己清楚地认识到，采用石灰、水泥、粉煤灰等传统材料在性能上存在着明显的不足，已经满足不了工程建设发展的需要。主要表现为；

1.2.1水泥加固土受土类别限制，产生的强度很有限。其干缩系数和温缩系数均较大，因此，水泥土易开裂。另外，水泥的初终凝时间较短，一般要求在3～4h内完成从加水与土拌和到碾压终了的各个工序，而实际施工过程中，很多工程因受施工机械等因素的影响及其它各种条件限制，致使施工时间拖延，而水泥的初、终凝时间无珐满足这种施工条件。因此，工程质量往往受到影响；

1.2.2石灰加固土强度很低，且强度发展缓慢，影响工程进度。同时，石灰加固土的强度与石灰的加入比在一定范围内成正比，若加入量超出某一范围，其强度反面降低。

因此，DHT土壤凝合素可以有效的解决传统材料在工程应用中产生的不良性能和质量缺陷，显著提高工程质量、降低建设成本。在公路和水利等基础建设工程应用中，即表现出较高的早期强度，又具有持续增长的后期强度，其优异的体积稳定性避免了干缩裂缝的产生。DHT土壤凝合素的优异性能是传统工程材料所无法比拟的。

近年来，许多经济发达国家都投入了大量人力、物力资源在该领域进行研究。在美国、英国、加拿大、日本、墨西哥、澳大利亚等国家使用类似的这种新材料进行筑路己经十分普遍，并获得了很好的经济效益和实用效果。

1.3DHT土壤凝合素结构性能分析

DHT土壤凝合素同时具备有机高分子的健接结构和无机物的特点，因此表现出许多优异的结构性能。

与有机高分子材料相比，DHT土壤凝合素具有很强的耐候性能，在高温或严寒等环境下均能保持优异的结构性能。

绿色环保。DHT土壤凝合素属于固体粉末状，无毒、无味、无污染，其成分接近与天然矿物。

价格低廉、原料丰富。DHT土壤凝合素主要原材料是采用工业生产时所排放的固体废弃物，以及地表广泛存在的硅、铝氧化物，属于利废环保高新材料，符合国家发展循环经济的产业政策。

耐久性好，工程性能优良。DHT土壤凝合素具有无机物的特征，与有机高分子材料相比，不老化，耐久性好；与硅酸盐水泥相比，土壤凝合素不受环境的影响，耐久性能远远优于硅酸盐水泥。

就地取材，施工方便。在公路、水利施工中，采用DHT土壤凝合素加固现场土体，避免大量运输砂石类材料，节省工程造价和施工时间，具有良好的环境效益和经济效益。

适用广泛，实用性强。鉴于土壤土质的差异，土壤凝合素为系列产品，不同的土壤凝合素适宜不同的土质。无论加固普通的砂性土、粘性土、粉土，还是稳定特殊的红粘土、膨胀土、盐渍土等，都具有优异的工程性能。

使用便捷，施工周期短。DHT土壤凝合素的使用方法非常简便，就像使用水泥、石灰一样，既适合厂拌，也适合路拌，对施工工艺、施工机械没有任何特殊要求。在相同的压实机械作用下，经过DHT土壤凝合素处理的土体，其压实度得到显著提高。

1.4DHT土壤凝合素产品作用机理

土壤中的化合物主要有硅、铝等氧化物及大量的超微细颗粒矿物组成，化学反应活性极低。当DHT土壤凝合素与含有一定水分的土壤混合后既发生一系列的化学反应：首先是第一阶段反应，既DHT土壤凝合素水化形成大量纤维状晶体和团状凝胶体。这些纤维状晶体彼此搭接形成网状结构，而团状凝胶体填充在网状结构和土壤颗粒的缝隙之间，从而使土壤产生致密的板体和较高的早期强度。随着龄期的延长，被固结的土壤颗粒紧密接触，DHT土壤凝合素的活化组分深入被固结土壤颗粒内部基本单元，切断铝、硅酸盐的化学键，产生水化反应生成C-S-H凝胶等产物，使土壤颗粒的表面及内部产生不可逆的凝结硬化，产生的附加粘和物和膨胀体将多组分复合产生超叠加效应，进一步增强颗粒之间的粘接强度和改善空隙结构，从而增加固化土体的强度和耐久性。最后，在DHT土壤凝合素中各种核心元素的强烈作用下，土壤中的si、Al元素也被激化并参加反应，形成有效的造岩作用，这时被固结的土壤就会产生很高的后期强度和耐水性以及优异的抗冻性能。最终将普通的沙性土壤改变成优良的工程材料。

1.5DHT土壤凝合素在公路工程上应用范围

DHT土壤凝合素系列产品可广泛应用防汛路、险工控导工程以及堤防工程锥探灌浆等工程建设。

在公路建设中，适用于路基和替代沙石路面工程，DHT土壤凝合素优异的力学性能和技术性能，在公路建设中用于底基层，基层，面层而取代传统的石灰石，二灰碎石、水泥稳定碎石，以及水泥混凝土。

DHT土壤凝合素系列产品，相对于不同土质均有不同产品，无论是固结砂石、粘土、粉土，还是特殊的膨胀土，盐渍土等均可满足优质的工程技术要求。

固结土的强度随着DHT土壤凝合素掺量的增加而提高，对于不同等级公路的技术标准要求，仅需调整DHT土壤凝合素的掺量即可。一般而言，素土中仅需加入4%-10%的DHT土壤凝合素，七天无侧限抗压强度既达到1Mpa-4Mpa，而且后期强度可大幅度持续增长；因此，在公路建设中DHT土壤凝合素的应用可节省运输大量砂、石、石灰、水泥等材料的费用及施工费用、公路维修费用，而且使用DHT土壤凝合素铺筑的基层整体强度高、板体性好、耐久等优点。因此，可以减薄基层、沥青或水泥混凝土面层的厚度，所以这就是发达国家的筑路专家们所倡导的“强基薄面”，既坚固又经济。综合估算，DHT土壤凝合素的应用可比传统材料降低工程造价约30%左右，具有显著的经济效益和社会效益。

DHT土壤凝合素于各类土壤均具有良好的结合性，能形成稳定的混合材料，形成的混合物具有较高的强度与抗渗性。

土工合成材料的优点范文

江西是稀土资源和稀土产业大省，2006年全省稀土产业实现销售收入44亿元，利税5亿元，是江西省最具发展前景和优势的产业之一。在现有税收政策和产业政策管制下，深入分析稀土产业的竞争力，明确产业发展方向，对合理开发稀土资源，发展稀土精深加工，做大做强江西稀土产业具有十分重要的意义。

江西稀土产业国际竞争力分析

稀土产业具有广阔发展前景，随着高新技术产业的蓬勃发展，稀土元素的应用领域还将逐渐拓展。江西具有离子吸附型中重稀土的资源优势，把资源优势转变成产业集群发展优势、做大做强稀土产业是江西当前及今后一段时期稀土产业发展的战略目标。

资源优势

江西稀土占全国稀土储量比例并不多，但其资源属于非常珍贵的离子型稀土。离子型稀土储量居全国第一，在世界稀土产业界也占有举足轻重的地位。

发展现状

经过30多年的发展，江西稀土产业已从矿山开采、冶炼分离、加工应用到科研开发，形成较为完整的产业链体系。

产业竞争力分析

第二代离子型稀土原地浸矿工艺的应用和推广大大改善了矿区的生态环境，同时也大幅度提高了稀土资源的利用率和降低了稀土产品的生产成本，提高了江西稀土资源的竞争力。

1、选冶产品的竞争力分析

由于我国稀土实行开采总量控制和出口配额管理，而江西属离子型稀土原料地，就国际竞争方面的占有率指标很难反映其真实竞争能力，（中国2006年选冶产品占世界生产总量的95.73%）。

2、深加工及应用产品的竞争力分析

从资源占有的角度看，江西稀土应用于发展荧光粉（钇）、合金（镧、铽、钇）、新材料（钐、钆、镝、铒、铽）等，因所需金属含量较多、配分较齐而比国内包头、冕宁地区更有优势，但资源优势还没有转化成产品优势，稀土新产品开发、新技术引进还有待进一步改善。

江西稀土产业发展存在的主要问题

江西稀土产业，从1999年底开始，进行稀土资源整合，依法规范开采秩序，推行计划开采，总量控制，清理关闭了一批非法开采和乱采滥挖、严重浪费资源、采矿工艺落后、安全环保不达标的矿山，使稀土矿山乱采滥挖的问题得到基本解决。

有相当比例的稀土矿山由于受到地质条件的制约还是采用池浸和堆浸方法

池浸工艺和堆浸工艺每开采1t稀土，要破坏200m2的地表植被，剥离表土300m3，造成2000m3的尾砂，每年造成水土流失1200万m3，资源平均回收率池浸工艺仅有30%左右，堆浸工艺也只有50%左右。同时，大量尾矿、废土堆放占用耕地，生产1t矿产品需占用土地180m2，对当地生态环境造成很大影响。

加工和应用产品发展滞后

高技术、高附加值的深加工及其应用产品所占稀土产业的销售收入比例不足5%。全省稀土深度加工和应用领域主要集中在稀土永磁材料、稀土荧光材料、稀土抛光粉、重稀土球化剂和永磁电机等方面，企业生产规模小，科技含量不高，还没有形成一定的产业规模。

江西稀土产业发展的基本思路

江西稀土产业发展总的指导思想是：“全面落实科学发展观，以做大、做强、做优为目标，以大企业、大项目、新技术为重点，大力发展稀土工业，把江西建设成全国重要的离子型稀土生产研发基地和贸易中心”。

五大产业集群

1、以稀土永磁材料和各种机电应用产业为核心的产业集群。

稀土永磁材料开发高性能烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、高性能纳米稀土永磁材料、高磁导率软磁铁氧体、EMI铁氧体等。应用领域重点开发家电领域高性能软磁铁氧体、永磁铁氧体；信息领域计算机硬盘驱动器、DVD、DVD-ROM驱动器、刻录机磁体、通信用磁体等；汽车领域配套磁瓦；电动自行车、电动汽车永磁体等。

2、以稀土发光材料及应用元器件生产为核心的产业集群

稀土发光材料用于开发CRT荧光粉、灯用荧光粉（稀土三基色荧光粉）、等离子平板显示（PDP）用荧光粉、长余辉荧光粉、电致发光（EL）荧光粉、场致发射显示（FED）用荧光粉和光转换材料。应用领域为显示、照明、光电器件等领域中的支撑材料。

3、以稀土储氢材料及各种动力电池、电动车等应用产业为核心的产业集群。

稀土储氢材料开发LaNi5、LaNi5H6、CeNi5、LaMg17、La2Ni5Mg13等，这样的储氢材料在利用氢作燃料方面有潜在的应用前景。动力电池开发金属氢化物电池（Ni/MMH），亦称镍氢电池。应用领域开发电器、汽车、移动电话、笔记本电脑和摄像机等产品用电池。

4、以稀土——有色金属材料深加工及其元器件生产为核心的产业集群。

发展各种稀土金属和合金材料的生产，重点开发稀土钢、稀土铁、稀土球墨铸铁、稀土镁合金、铝锆钇合金等，并开发其应用领域。

5、以稀土催化、功能陶瓷等新材料及稀土在化工、建材领域应用为核心的产业集群。