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常用土木工程(Engineering)材料(Material)有水泥(材料:粉狀水硬性無機(jī)膠凝材料)、砂石、鋼材、木材、磚等,其中混凝土(Concrete)與鋼筋(英文:steel bar)的結(jié)合被認(rèn)為是應(yīng)用最廣泛(extensive)的結(jié)構(gòu)材料。碳纖維配件“外柔內(nèi)剛”,質(zhì)量比金屬鋁輕,但強(qiáng)度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性,是新一代增強(qiáng)纖維。但隨著結(jié)構(gòu)服役時間的增長,越來越多的問題(Emerson)暴露出來,其中具有代表性的是20 世紀(jì)80年代出現(xiàn)的 ;混凝土(Concrete)危機(jī) ;所反映的混凝土(Concrete)耐久性問題。鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也具有一定的比例,它克服了混凝土(Concrete)結(jié)構(gòu)自身笨重的弱點(diǎn),但在使用中出現(xiàn)了高溫下易屈服(彎曲起伏)和地震中脆斷的問題,其中有代表性的是美國 ;9·11 ;事件和日本的阪神地震。20世紀(jì)材料科學(xué)得到了長足的發(fā)展,纖維復(fù)合材料被應(yīng)用于土木工程,其中應(yīng)用最廣的是玻璃材質(zhì)鋼。這類材料的應(yīng)用使得土木工程的結(jié)構(gòu)形式靈活、功能多樣,但玻璃鋼的模量較低,限制(limit)了其作為結(jié)構(gòu)材料在土木工程中的推廣應(yīng)用。 碳(C)纖維的比強(qiáng)度(strength)和比模量高,分別為鋼材的10倍和5倍以上;同時它還具有優(yōu)異的導(dǎo)電、抗磁化、耐高溫和耐化學(xué)侵蝕的性能,被認(rèn)為是綜合性(integrity)能最好的先進(jìn)材料,因此它在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用推廣非常迅速。
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碳(C)纖維的應(yīng)用形式靈活多樣,