淺議新材料碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

摘要碳纖維增強(qiáng)材料，簡稱碳纖維，是近十年來在發(fā)達(dá)國家新興的一種加固混凝土結(jié)構(gòu)的新材料，以其優(yōu)異的性能在工程建筑領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

關(guān)鍵詞新材料;碳纖維;工程;建筑;加固;混凝土;結(jié)構(gòu)

中圖分類號TU528.572文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1673-9671-(2009)111-0048-01

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，纖維材料于土木工程中的應(yīng)用成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。碳纖維材料是人造高新材料，它具有優(yōu)異的性能及穩(wěn)定性。這種材料適用于混凝土結(jié)構(gòu)的維修加固。

1碳纖維的特性

碳纖維它是一種纖維狀的碳材料。它是在經(jīng)過幾千度的高溫下經(jīng)特殊工藝制造出來的高科技材料產(chǎn)品。碳纖維材料具有耐老化、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、抗腐蝕、物理性能極其穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。它的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到鋼材的7—10倍，但是它的比重僅為鋼材的25%不到。它呈黑色細(xì)絲狀，直徑極小，極易折斷，不能單獨(dú)使用。只有把碳纖維浸漬樹脂后，采用特殊工藝將其制成纖維定向排列的復(fù)合材料后才能應(yīng)用。一般成品片材又分為碳纖維布和碳纖維板。碳纖維布的隨意性優(yōu)于碳纖維板。

2碳纖維材料加固技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)越性

⑴碳纖維材料的化學(xué)穩(wěn)定性能優(yōu)異。該可以很好地增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)對外部環(huán)境的適應(yīng)能力，延長建筑結(jié)構(gòu)物的使用壽命。

⑵碳纖維材料的物理力學(xué)性能優(yōu)異。該材料的優(yōu)異的物理力學(xué)性能使它可以有效應(yīng)用于結(jié)構(gòu)物的抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的補(bǔ)強(qiáng)工程，并且可以取得優(yōu)異的加固補(bǔ)強(qiáng)效果。

⑶碳纖維材料的質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，用它加固的結(jié)構(gòu)體可通過裝飾后，不留加固痕跡，不影響結(jié)構(gòu)體外觀。它質(zhì)量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)使它可以在基本不增加結(jié)構(gòu)體積和不改變結(jié)構(gòu)外形的情況下加固結(jié)構(gòu)體。這是其它維修加固方法無法相比的特點(diǎn)。

⑷粘貼碳纖維材料加固混凝土技術(shù)的施工工序非常簡單、便捷。當(dāng)它在加固施工時(shí)不需要啟用大型工程器械，僅需要采用小型電動(dòng)工具操作。所以它在施工時(shí)具有工種少，用工少，工期短，進(jìn)度快等優(yōu)點(diǎn)。由于碳纖維材料加固技術(shù)的施工便捷、簡單，使它有著很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，所以用碳纖維材料加固技術(shù)是加固混凝土結(jié)構(gòu)理想的建筑材料。

3粘貼碳纖維布加固法

應(yīng)用于工程實(shí)際的建筑材料的不斷研發(fā)進(jìn)步以及新型材料的出現(xiàn)，是建筑工程發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。新型材料碳纖維的研發(fā)和它在建筑程的維修、加固領(lǐng)域的成功應(yīng)用，使得建筑工程加固技術(shù)翻開了新的篇章。

3.1 碳纖維材料的要求

⑴碳纖維復(fù)合材料:碳纖維復(fù)合材料是由基體及纖維共同組成的。加固混凝土結(jié)構(gòu)常用的纖維材料主要有以下三種:芳綸纖維、碳纖維、玻璃纖維。這三種復(fù)合材料的特點(diǎn)是:成完全線彈性的應(yīng)力應(yīng)變量，材料不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)域。

用碳纖維布材料加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，要求按結(jié)構(gòu)的受力和構(gòu)造特點(diǎn)將碳纖維布用粘結(jié)材料有序地粘貼于構(gòu)件表面，以達(dá)到利用碳纖維布的特性對結(jié)構(gòu)變形的約束，并提高結(jié)構(gòu)物的極限強(qiáng)度和承載能力的目的。

⑵粘結(jié)材料:能否保證碳纖維布與混凝土共同工作的重點(diǎn)是粘結(jié)材料性能的好壞程度。粘結(jié)材料也是它們兩者之間傳力途徑的關(guān)鍵所在。我們選用的粘結(jié)材料必須要有足夠的韌性，它不會(huì)因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞，同時(shí)必須有足夠的強(qiáng)度與剛度，才可以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞。由于混凝土結(jié)構(gòu)加固工程的施工環(huán)境不受限制，所以粘結(jié)材料必須能和碳纖維材料一樣，可以適應(yīng)惡劣的自然環(huán)境。

3.2 碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝與要求

3.2.1施工前的準(zhǔn)備作業(yè)、基面處理要求

將碳纖維布粘貼于混凝土前，要求先用砂輪機(jī)先清除和打磨混凝土結(jié)構(gòu)表面的劣化層;混凝土結(jié)構(gòu)基面的錯(cuò)位與凸出部分要磨平，轉(zhuǎn)角部位與凸出部分也要磨平，轉(zhuǎn)角部位要進(jìn)行倒角處理;裂縫部分要注入環(huán)氧樹脂漿進(jìn)行修補(bǔ)。

混凝土基面的清理:先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，然后用壓縮空氣清除粉塵;再用丙酮或無水酒精擦拭表面，也可用清水沖洗，但必須保證混凝土基面充分干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工。

3.2.2粘貼施工要求

⑴對需要加固的混凝土結(jié)構(gòu)基面要求:碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是依賴碳纖27維布與結(jié)構(gòu)表面的粘貼有效率，所以要求基面的混凝土強(qiáng)度等級不得低于C15。同時(shí)要求被加固混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的保護(hù)層，并且基面要求平整。對于結(jié)構(gòu)有起皮、剝落、腐蝕、裂縫及嚴(yán)重碳化等表面缺損，必須先進(jìn)行修復(fù)施工處理。

⑵碳纖維布的粘貼:碳纖維布加固混凝土構(gòu)件時(shí)，要求采用薄布多層的粘貼方法，從而確保與粘結(jié)材料充分浸潤。對于受彎構(gòu)件，最好在受拉區(qū)沿軸向粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，并且在主纖維方向的斷面端部附近進(jìn)行必要的錨固處理措施。

⑶碳纖維布的搭接與截?cái)?粘貼碳纖維布加固混凝土?xí)r，最好不要沿主纖維方向的搭接，特別是用于受拉構(gòu)件和彎拉構(gòu)件受拉區(qū)的加固。因?yàn)樘祭w維布與混凝土粘結(jié)應(yīng)力主要集中于端部10cm范圍內(nèi)，產(chǎn)生的粘結(jié)破壞是脆性的，同時(shí)粘結(jié)應(yīng)力一般不會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)展。所以遇到碳纖維布必須搭接時(shí)，搭接部位要求必須避開構(gòu)件的應(yīng)力最大區(qū)范圍，同時(shí)搭接長度必須不小于10cm，搭接端部必須平整無翹曲。

⑷工程中選用的碳纖維布及其配套粘結(jié)材料，必須有廠家所提供的材料檢驗(yàn)證明和合格證。

3.3 粘貼法加固材料質(zhì)量控制

在施工中應(yīng)嚴(yán)格控制的要點(diǎn)

⑴粘貼結(jié)材料的配合比控制:貼用膠結(jié)材料的配合比必須嚴(yán)格控制，它是粘貼加固質(zhì)量和效果能否得到保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在配料時(shí)要求嚴(yán)格按使用配合比備料。

⑵施工溫度控制:環(huán)氧樹脂在低溫條件下固化比較緩慢，一般直選擇在15℃—28℃的溫度條件下進(jìn)行施工。如果遇到在氣溫較低時(shí)施工，必須采取加溫養(yǎng)護(hù)措施。

⑶應(yīng)保持成型所需要的壓力:混凝土梁板加固時(shí)，大多數(shù)都是在梁的底面進(jìn)行，由下而上進(jìn)行粘貼。如果成型時(shí)施加的壓力不足，就會(huì)造成與混凝土之間粘合不夠緊密，導(dǎo)致補(bǔ)強(qiáng)層材料發(fā)生脫落，會(huì)影響加固的效果。

⑷粘貼控制:涂膠要求涂抹均勻，為避免形成空洞或脫膠，要用力將產(chǎn)生的氣泡擠出刮平，否則將會(huì)影響到混凝土結(jié)構(gòu)的加固效果，導(dǎo)致某些部位粘結(jié)不好，造成在混凝土結(jié)構(gòu)使用過程中這些部位出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

4結(jié)束語

我國引進(jìn)粘貼碳纖維加固混凝土的技術(shù)的時(shí)間不長。但該項(xiàng)技術(shù)在越來越多的加固項(xiàng)目中得到應(yīng)用。其優(yōu)異的性能在混凝土結(jié)構(gòu)加固過程中得到了充分的體現(xiàn)。實(shí)際施工中，我們應(yīng)在《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的基礎(chǔ)上來進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。隨著碳纖維的廣泛應(yīng)用，相信碳纖維加固修復(fù)技術(shù)會(huì)越來越成熟和完善。

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