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摘要：粘贴纤维聚合物作为一种结构加固方式得到了越来越多的认可。文中着重介绍了芳纶纤维的物理性能、化学性能、工艺流程、加固方式、工程应用以及实际工程范例。
关键词：预应力芳纶纤维；AFRP；混凝土结构加固
0 引言
混凝土结构容易受到多方面因素的影响比如自然环境、施工质量、使用用途变化等。这些影响都会使得结构受到不同程度地影响。因此对结构进行一些必要措施能够使其延长使用年限。然而粘贴纤维聚合物作为一种结构加固方式受到人们越来越多的青睐。芳纶纤维具有强度高、密度小、抗冲击、抗疲劳和耐腐蚀的特性，还具有优良的介电性、吸能性和减震性，同时具有施工方便快捷、施工效果好、费用低等突出特点，因而越来越多地采用芳纶纤维（aramid fiber reinforced plastic，简称AFRP）进行补强。FRP构件质量轻抗腐蚀能力良好、维护成本低廉等优越性使得其越来越多的应用于现代桥梁工程之中，替代原有的钢筋混凝土结构。
1 芳纶纤维
1.1芳纶纤维概述
芳纶纤维聚合物是一种新型合成纤维，外表颜色呈黄色，其比重为1.4-1.5g/cm3，强度为3400-4100MPa，具有超高强度、高模量、重量轻耐酸和耐碱等优良性能。强度为钢丝的5-6倍，弹性模量是钢丝的2-3倍，但是重量仅为钢丝的五分之一左右，AFRP处在560摄氏度的高温下不会发生自身分解和融化的现象。良好的绝缘性和抗老化性能使其具有非常长的生命周期。而且它的韧性好抗冲击和抗磨损性能好，而且能够有效抵抗化学侵蚀，综合工程成本低，因此粘贴芳纶纤维聚合物作为一种结构加固方式受到人们越来越多的青睐。
1.2芳纶纤维对比碳纤维、玻璃纤维优缺点
与玻璃纤维相比，它的韧性好，抗冲击和抗磨损性能好。芳纶纤维是一种惰性材料，能够有效减小化学侵蚀。抗紫外线辐射能力差，对徐变也较为敏感是芳纶纤维的缺点。从经济角度来看，芳纶纤维工程成本介于碳纤维和玻璃纤维之间。
1.3芳纶纤维的生产工艺
1.3.1聚合
在该阶段，首先需要将单体纺织成为密实的细粒聚合物粉末。该物料具有对位芳纶主要的热性能和化学特性。但是该物料不具有纱线或纸浆的强化特性。这种细粉末可用于增强塑料组分的特性。
1.3.2纺丝
在此过程中将聚合物溶解于硫酸中，生成一种液晶溶液。随后该溶液放入细长丝中，每根丝的直径为12μm。丝的结构为100%亚晶状，分子链与纤维轴行。因为这种高趋向性分布使得芳纶长丝具有各种优异的特性。
1.3.3短纤
为生产人造短纤维或短切纤维，现将纱线进行起皱处理，然后再利用整理剂进行处理。干燥后，将纤维切割成目标长度，然后包装。
1.3.4纺成浆粕
为生产纸浆，首先切割纱线，然后使纱线悬浮在水中进行纤维化处理。然后直接包装并作为湿纸浆出售，或经过脱水干燥并作为干纸浆待售。
2 芳纶纤维的工程应用
2.1制作芳纶纤维增强塑料筋（AFRP）
钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构不可避免的现象，钢筋锈蚀对结构耐久性具有重要影响，大量数据表明各国都为维修由于钢筋锈蚀导致的结构功能退化消耗了大量的人力物力。纤维增强塑料筋的应用对于解决钢筋锈蚀问题是一种有效途径。该材料具有抗拉强度高、重量轻和抗腐蚀性能好等良好的性能。纤维增强塑料筋根据其添加的纤维种类的不同可以分为三类：碳纤维增强塑料筋、玻璃纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强塑料筋。纤维增强塑料筋主要成分为纤维，大约占60%-65%，其余为聚酯或环氧的基材组成。芳纶纤维增强塑料筋有GFRP筋和GFRP预应力筋，他们都是根据普通钢筋和预应力钢绞线的规格进行生产的便于应用于现有的混凝土结构之中取代普通钢筋。
同普通钢筋一样与混凝土共同工作的基础都是粘结力，GFRP筋的表面形态直径、粘接长度等因素都会影响粘结力的大小为加强其与混凝土的粘结力会对GFRP筋进行表面刻痕处理或进行滚花处理，并将截面制作成矩形截面。
GFRP材料越来越多的应用于混凝土结构中，比如房屋结构、水利结构、公路结构、铁路结构中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在自然环境恶劣的场地修建混凝土结构使用GFRP筋代替普通钢筋能够提高混凝土结构的耐久性，国外多个国家均已经应用于实际工程之中。比如：日本的飞翔桥，它是世界上第一座采用FRP筋作为张拉材料的预应力混凝土桥梁。美国的DELDOT桥。它是由美国州政府拥有的第一座全复合材料桥。
3 芳纶纤维对混凝土结构的加固
近些年来，随着纤维增强聚合物片材的发展，外贴纤维片材进行结构加固越来越普遍。这一技术因为其施工方便、不占用使用空间等优点使得其结构工程领域得到广泛的应用。加固方式有两种：直接对需要加固的结构进行外贴和先对片材进行预应力张拉然后粘贴。
3.1预应力芳纶纤维加固
1.施工工艺
（1）首先使用厂家提供的配套高强度浸渍树脂将芳纶纤维（AFRP）布两端与锚具进行粘结牢固并养护。
（2）将结构构件所需加固范围内的混凝土打磨平整，将浮灰剔除。
（3）在构件上安装锚具固定支架。
（4）涂刷环氧树脂底胶，待底胶硬化后在其表面再涂刷一层浸渍树脂，然后将两端带有锚具的AFRP布安装就位，将固定端锚具固定好，通过张拉端锚具张拉AFRP布，达到控制张拉应力时停止张拉，固定好张拉端锚具。
（5）在张拉后的AFRP布表面再次均匀涂刷浸渍树脂。
（6）安装并紧固中部压板，使预应力AFRP布与构件充分粘结。
（7）养护。
2.影响因素
（1）加固层数
预应力条件相同时，配置的纤维布层数越多，加固梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载得到明显提高。
（2）预应力水平
粘贴相同的芳纶纤维布层数条件下，施加的预应力水平越高，芳纶纤维的极限应变越大。
对于混凝土板来说需要控制其张拉应力，张拉应力过大会导致混凝土板发生反拱，从而影响芳纶纤维布与混凝土粘贴效果，发生芳纶纤维过早剥离的现象。
3.2非预应力芳纶纤维加固应用
1.加固混凝土梁
大量实践证明：使用芳纶纤维片材进行结构加固能够有效的提高水利水电结构以及混凝土结构的抗弯承载力，最大幅度可提高72%。但是经过AFRP加固的混凝土结构，混凝土、钢筋、芳纶纤维作为整体协同工作，其破坏机理比未加固混凝土结构复杂的多，这就给优化设计提出了挑战。
2.加固混凝土板
芳纶纤维加固混凝土板能够极大地提高混凝土板的抗弯承载力；在受到相同荷载作用下可以减小混凝土板的挠度显著提高混凝土板的延性；有限的减少混凝土板的裂缝宽度和数量。
3.加固混凝土柱
纤维沿着纤维方向的抗拉强度最大，因此为了实现芳纶纤维的性能的最大利用在加固混凝土受压构件时应环向缠绕，此时混凝土柱处于三向受压状态，混凝土构件的承载力得到提高。
4 结束语
粘贴纤维聚合物作为一种结构加固方式得到了越来越多的认可，近些年来人们通过越来越多的实验研究，纤维聚合物和混凝土共同工作的机理越来越明了，这些实验所获得的大量数据能够更好的指导工程实践，从而实现更好的工程效益。
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论文作者:王明,王晓宣,李牵慧,金楠
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/5/28
标签：纤维论文; 混凝土论文; 芳纶论文; 预应力论文; 结构论文; 钢筋论文; 聚合物论文; 《建筑学研究前沿》2019年3期论文;