不同碳纖維復合材料在水利工程中的應用性能比較

中圖分類號：TQ342+.742 文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）07-0072-04

Abstract：In order to improve the application performance of carbon fiber composite materials in hydraulic engineering，the peak load and failure morphology of five types of carbon fiber reinforced polymer （CFRP）-steel specimens （fatigue-free，galvanic corrosion，and fatigue specimens）were compared and analyzed.The results showed that the peak load of the aramid fiber specimens in the adhesive layer was higher than that of the aramid fiber specimens in the adhesive layer under the same service environment.Both corosion and fatigue had an adverse effct on the peak load of the composites，and galvanic corrosion had a greater impact on the peak load than fatigue. Compared withthe non-corrosive and fatigue-free ammonia-doped porous carbon fiber （NCNF）specimens，the average peak load of the adhesivelayer withand without aramid fiber was reduced tovarying degrees.Thecohesion failureof the bonding layer occurred inallfive types of composite specimens，and the failure mode of the fatigue specimens was the cohesion failureof the joint layerandthe CFRP interlayer failure.Theadhesive layerof thecomposite test piece was stil a weak area.

Key words：carbon fiber composite materials;steel;corrosion;fatigue;breaking talk mode

碳纖維增強聚合物（CFRP）是兩種或兩種以上不同性質的物質復合而成的材料[1]。通常情況下是由鏈狀碳原子在聚合物樹脂基體結構中組成，其特點包括強度高、耐腐蝕性能好等[2-3]。在使用時由于CFRP是一種復合材料而克服了單一材料的某些弱點，在現代水利工程中可以與鋼結構材料組合在一起作為結構材料使用[4]。CFRP－鋼復合結構材料以強度高、比模量高等力學性能優點，雖然在現代工程中已有較為成功的應用，如用于體育館、大跨度高層建筑等領域，但是應用于水利工程中方面的報道較少[5-7]。由于水利工程的腐蝕、疲勞等服役環境的特殊性，CFRP-鋼復合結構材料在水利工程中的使用性能是值得研究的課題[8]。為了研究碳纖維增強聚合物－鋼試件在水利工程服役環境下的使用性能，對比分析了5種類型的碳纖維增強聚合物-鋼試件（無疲勞無腐蝕、電偶腐蝕、疲勞試樣）的峰值荷載、破壞形貌，研究結果將有助于碳纖維增強聚合物-鋼試件在現代水利工程中的應用。

2 結果與分析

2.1 力學性能

1試驗材料與方法

1.1 試驗材料與設備

試驗材料主要包括：CFRP層合板（湖南諾方斯新材料有限公司，抗拉強度2530MPa、伸長率1.75% 線密度 198g/km ，厚度 0.26mm ）；Q345鋼板（寶山鋼鐵股份有限公司，屈服強度 抗拉強度 、斷后伸長率 36% ）；E－51雙酚A型環氧樹脂（深圳市匯特化工有限公司，環氧當量188g/eq ）、Kevlar49型芳綸纖維（南陽中特芳綸實業有限公司，抗拉強度3530MPa、斷后伸長率2.3% ）。

試驗設備主要包括：HRY48-120/3型熱壓機、X2XJ9510型西馬特微型銑床立式鉆銑床、GNT100型微機控制電子萬能試驗機、S-4800型鎢燈絲掃描電子顯微鏡。……