水泥(材料:粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料)是現(xiàn)在最常用的建筑材料(Material)之一,在鋼筋(英文:steel bar)混凝土(Concrete)沒有發(fā)明之前,人們使用木材、石材蓋房子,石材的強(qiáng)度(strength)不夠,容易潮濕被蟲蛀,石材的強(qiáng)度雖然高,但加工的時(shí)候很不方便,要花費(fèi)大量的人力。碳纖維復(fù)合材料主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性,如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等,但與一般碳素材料不同的是,其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物,沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小,因此有很高的比強(qiáng)度。鋼筋混凝土算是一種比較優(yōu)越的建筑材料了,它價(jià)格便宜,性能也不錯(cuò),能抵擋惡劣(nasty)(liè)的天氣環(huán)境,但遇到極端的天氣,例如龍卷、颶風(fēng)等卻不值一提了,與沒有什么方法能增強(qiáng)水泥的韌性(toughness)呢? 123456
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碳(C)纖維是最近非常熱門的材料(Material),它非常優(yōu)異,有耐高溫、耐低溫、耐腐化侵蝕
、強(qiáng)度(strength)高、重量輕、彈性模量大等優(yōu)點(diǎn)。
碳纖維制品就是指以碳纖維預(yù)浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性,因此碳纖維制品的強(qiáng)度大,硬度高,遠(yuǎn)超過同體積同重量的金屬材質(zhì)。因此,碳纖維制品在航空、航海、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。也正是因?yàn)槿绱?,此前世界上碳纖維技術(shù)發(fā)達(dá)的國家(美國、德國、日本、韓國),對(duì)于向中國輸出碳纖維產(chǎn)品和技術(shù),保持著極其謹(jǐn)慎的態(tài)度。即使在目前,我國碳纖維以及碳纖維制品的進(jìn)口,還受到發(fā)達(dá)國家的嚴(yán)格控制。如果將水泥(材料:粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料)與碳纖維混合,韌性(toughness)會(huì)不會(huì)有所提升呢?對(duì)于這個(gè)問題(Emerson),科學(xué)家們做了一系列試驗(yàn),將普通的水泥和混合有碳纖維的水泥相比較。最后得到這樣幾個(gè)結(jié)論:第一:碳纖維加入到水泥龍確實(shí)可以降低(reduce)它的脆性,提高韌性。第二,滲入同樣重量的碳纖維,隨著纖維長度的增加,水泥的強(qiáng)度會(huì)有變化,先增加然后減小,最為合適的長度是700微米到1400微米之間。第三,纖維長度相同的話,加入的碳纖維越多,其性能也會(huì)變化,強(qiáng)度先增加后降低(reduce),最為合適的量在0.12%~0.19%之間。第四,碳纖維加入的越多,水泥的彈性模量會(huì)減小。第五,在水泥中加入碳纖維的話能有效阻止裂紋,增強(qiáng)抗斷能力和韌性。 事實(shí)(Fact)證明(zhèng míng)在水泥中加入適量的碳纖維確實(shí)能提高性能。這項(xiàng)技術(shù)目前還在研究(research)中,說不定不久以后就會(huì)大量使用。碳纖維的高性能是有目共睹的,它已經(jīng)使用在多個(gè)領(lǐng)域了,為人類的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。
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