碳纖維布近年來以其優(yōu)異的力學(xué)性能在工程領(lǐng)域日漸受寵，被人們稱為“結(jié)構(gòu)加固的新星”。

一、采用碳纖維加固技術(shù)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1.強(qiáng)度高。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度一般都在3400MPa以上，遠(yuǎn)高于鋼材。

2.施工簡(jiǎn)便、快捷。使用碳纖維布加固構(gòu)件不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，易于操作，施工周期短，經(jīng)濟(jì)性好。

3.抗酸堿鹽類介質(zhì)的腐蝕，應(yīng)用面廣。加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性，可以應(yīng)用于各種工作環(huán)境的構(gòu)件加固。

4.可以有效的封閉商品混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

5.易于保持結(jié)構(gòu)原狀，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。

二、材料

碳纖維布加固鋼筋商品混凝土技術(shù)所涉及的材料主要有兩種：一是碳纖維布；二是配套樹脂類粘結(jié)材料。

1.碳纖維增強(qiáng)材料

碳纖維絲的產(chǎn)生，是通過氧化有機(jī)聚合物，只留下碳素材料，其碳原子沿原有纖維長(zhǎng)度排列整齊而形成碳素纖維。每根碳纖維絲由3000～12000個(gè)碳原子絲以絞線或麻繩的方式排列而成，其粗細(xì)僅相當(dāng)于人的1根頭發(fā)絲。

碳纖維成品可以制成不同的型材如纖維布、纖維板、棒材、短纖維等，根據(jù)不同工程的不同部位和需要而定。在加固工程中應(yīng)用量比較大和比較普通的還是碳纖維布。

2.配套樹脂類粘結(jié)材料

粘結(jié)材料是施工成功的重要保證。為了使被加固構(gòu)件與碳纖維布共同受力，要求粘結(jié)劑對(duì)被粘貼界面和碳纖維布有較高的粘結(jié)力和強(qiáng)度，抗拉、抗壓特別是粘貼抗剪強(qiáng)度應(yīng)高于商品混凝土相應(yīng)的強(qiáng)度，而且粘結(jié)材料對(duì)界面和碳纖維布都要有良好的滲透性和相容性，還能夠抗沖擊、耐疲勞抗老化等。

采用碳纖維片材對(duì)商品混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固修復(fù)時(shí)，通常選用配套底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂和粘結(jié)樹脂，所選材料除滿足上述要求外，尚應(yīng)滿足施工簡(jiǎn)易的要求。一般要求底層樹脂及找平材料的正拉結(jié)強(qiáng)度大于2.5MPa且不小于被加固商品混凝土拉結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。

碳纖維膠不僅粘結(jié)度高，易于施工，而且根據(jù)季節(jié)氣候不同配有不同的配方，方便工人操作，更省時(shí)省料。

三、碳纖維布的補(bǔ)強(qiáng)、加固原理

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力。

用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍；但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、加固的目的。

值得注意的是，使用碳纖維進(jìn)行加固時(shí)，具體粘貼層數(shù)要通過計(jì)算確定，考慮到各層的共同工作系數(shù)，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般不宜超過5層。另外，從受力性能角度而言，單層優(yōu)于多層，窄幅優(yōu)于寬幅；必要時(shí)縱向可以搭接，搭接長(zhǎng)度不能少于100mm，而且要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除計(jì)算要求外，還應(yīng)有必要的構(gòu)造措施。

四、碳纖維布在商品混凝土結(jié)構(gòu)加固中的機(jī)理分析

碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用廣，適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層商品混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15即可。

1.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗彎構(gòu)件

鋼筋商品混凝土受彎構(gòu)件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補(bǔ)充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)商品混凝土開裂前，碳纖維的應(yīng)變很小；在商品混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)迅速加快，其高強(qiáng)的性能得以充分體現(xiàn)。

2.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗剪構(gòu)件

鋼筋商品混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應(yīng)變發(fā)展緩慢，所達(dá)到的比較大應(yīng)變值也較小；在構(gòu)件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應(yīng)變發(fā)展加快，應(yīng)變值要高于箍筋的應(yīng)變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應(yīng)變發(fā)展緩慢。

3.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗震柱

應(yīng)用碳纖維布對(duì)商品混凝土柱進(jìn)行抗震加固，是通過用碳纖維布橫向包裹鋼筋商品混凝土柱來提高其延性而實(shí)現(xiàn)的。碳纖維布的主要作用是對(duì)其內(nèi)部商品混凝土起到了約束作用，這種約束是一種被動(dòng)約束，隨著商品混凝土柱軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產(chǎn)生環(huán)向伸長(zhǎng)，從而提高側(cè)向約束力。約束機(jī)制取決于兩個(gè)因素：商品混凝土的橫向膨脹性能和外包碳纖維布的環(huán)向約束能力。碳纖維布約束商品混凝土表現(xiàn)出兩階段受力過程：第一階段，商品混凝土處于類似素商品混凝土的線彈性階段，橫向變形小，故碳纖維橫向變形也很小，分界點(diǎn)在素商品混凝土峰值應(yīng)力附近；第二階段，構(gòu)件達(dá)到極限承載力后，商品混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維環(huán)向應(yīng)變顯著增長(zhǎng)，環(huán)向約束力增加，商品混凝土極限壓應(yīng)變得以提高，因而推遲了受壓區(qū)商品混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著改善了構(gòu)件的延性。

我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)，建筑物的抗震加固技術(shù)是工程抗震領(lǐng)域研究與應(yīng)用的一個(gè)重要方面。碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固商品混凝土技術(shù)對(duì)商品混凝土柱的抗震加固在工程中應(yīng)用比較多。

粘貼碳纖維布加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，碳纖維布必將在工程加固領(lǐng)域獲得更大的應(yīng)用空間。

本文名稱：碳纖維布在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的技術(shù)應(yīng)用
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