碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

聶 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

聶 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

介紹了碳纖維加固技術(shù)的原理，對(duì)碳纖維增強(qiáng)水泥、預(yù)應(yīng)力碳纖維板、碳纖維復(fù)合力筋的特性及其在建筑工程中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了闡述，并分析了碳纖維材料與傳統(tǒng)材料相比所具有的優(yōu)越性，以促進(jìn)其進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

碳纖維材料，加固，應(yīng)用，優(yōu)越性

目前，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于各種原因需要進(jìn)行維修加固，在眾多傳統(tǒng)加固方法中，碳纖維加固修補(bǔ)技術(shù)脫穎而出，成為一種最具潛力的新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。碳纖維與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比，具有節(jié)省空間、施工簡(jiǎn)便、耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外，采用該工法，可以大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此碳纖維作為劃時(shí)代的補(bǔ)強(qiáng)材料，備受青睞和關(guān)注。

1 碳纖維加固技術(shù)的原理

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)度一般為建筑用鋼材的十幾倍。碳纖維材料制成的碳纖維布與粘結(jié)劑相結(jié)合后，各碳纖維絲能很好的共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，從而達(dá)到加固的目的。

2 碳纖維材料在建筑工程中的具體應(yīng)用

碳纖維材料是一種主要由碳元素組成的特種纖維，其具有耐高溫、耐摩擦、變形量小、抗輻射和抗腐蝕等特性，傳熱系數(shù)小等特點(diǎn)，在建筑中的應(yīng)用也越來越廣泛，從而形成了以下五個(gè)應(yīng)用形式。

2.1 碳纖維增強(qiáng)水泥

碳纖維增強(qiáng)水泥指的是用短切碳纖維和白水泥加入蒸餾水復(fù)合而成的一種復(fù)合材料，具有在強(qiáng)堿環(huán)境下化學(xué)性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定等特性，能夠消除鋼筋混凝土的鹽水降解和劣化，可以克服氯離子對(duì)鋼筋的腐蝕，成為可持續(xù)發(fā)展的綠色材料，碳纖維可以取代鋼筋增強(qiáng)水泥材料，減小結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，進(jìn)而滿足建造高度大、跨度大的構(gòu)筑物，常作為高層建筑的外墻墻板使用。

2.2 預(yù)應(yīng)力碳纖維板

預(yù)應(yīng)力碳纖維板材是目前建筑材料中耐腐蝕性能最好的材料之一。根據(jù)研究數(shù)據(jù)表明：弱酸、弱堿、凍融循環(huán)、長(zhǎng)時(shí)間日照等環(huán)境作用對(duì)碳纖維的力學(xué)性能及耐老化性能影響極小。目前常用的碳纖維片材加固技術(shù)，是在結(jié)構(gòu)受拉區(qū)域用化學(xué)膠粘劑粘貼碳纖維板材，使其與構(gòu)件混凝土及內(nèi)部鋼筋共同承受拉應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7倍～10倍;易使用，作業(yè)時(shí)不需要大型機(jī)械設(shè)備；在平板下端如有配管交錯(cuò)放置或受空間限制的情況，方便直接作業(yè)；粘貼碳纖維板時(shí)，碳板膠不流淌，減少對(duì)周邊環(huán)境的影響；補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)建的形狀、質(zhì)量和使用空間基本不改變，能夠更大程度的提高結(jié)構(gòu)性能；當(dāng)中間有梁或壁的平板時(shí)，只要鑿穿使碳纖維板能夠通過的孔洞即可，不需切斷，進(jìn)一步提高補(bǔ)強(qiáng)效果。

2.3 碳纖維復(fù)合力筋

碳纖維復(fù)合力筋是由多股長(zhǎng)纖維絲浸漬樹脂材料，經(jīng)過特制的模具拉伸成型的復(fù)合材料。碳纖維筋的機(jī)械化程度較高，其強(qiáng)度比普通低碳鋼高90%，而重量卻是它的1/5，其延伸量只有鋼筋的1/8；抗疲勞極限是鋼絲的3倍，抗沖擊性能高，便于操作，常用在橋梁，碼頭等的結(jié)構(gòu)中。早在二十世紀(jì)八九十年代日本的新宮橋、美國(guó)的泰勒大橋就采用了碳纖維復(fù)合力筋，使用效果至今都很好，足見碳纖維復(fù)合力筋的強(qiáng)度極高。

2.4 碳纖維板材

碳纖維是用常溫固化的環(huán)氧樹脂將碳纖維束粘結(jié)起來制成的薄板。把碳纖維板材貼在建筑物的墻體或地面表面，內(nèi)部再加入特殊功能性夾層，這樣能夠更好地發(fā)揮碳纖維板材的高拉伸作用。并且碳纖維板材還可以修補(bǔ)加固已經(jīng)劣化的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物和提高結(jié)構(gòu)物的耐力，和對(duì)用舊標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固。碳纖維板材耐熱、耐腐蝕、保溫隔熱性以及抗靜電性都極好，還具有防火的功能。碳纖維板材的外觀美觀，不需要重新裝飾，墻面容易清理，在各種高層建筑及軍事設(shè)施中應(yīng)用極為廣泛。

2.5 其他應(yīng)用

碳纖維材料還可以應(yīng)用于以下幾個(gè)土木建筑領(lǐng)域：

1)建筑的智能檢測(cè)體系。

2)防水房頂涂層。

3)電磁屏蔽板和導(dǎo)電板。

4)碳纖維模板。

5)碳纖維增強(qiáng)木材。

6)碳纖維大跨度管線。

3 碳纖維材料與傳統(tǒng)材料相比所具有的優(yōu)越性

碳纖維加固材料是高強(qiáng)度碳纖維單向排列，用微量的樹脂浸滲后作為混凝土的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料，其抗拉強(qiáng)度是普通二級(jí)鋼筋的10倍以上。碳纖維加固材料可廣泛應(yīng)用于梁、柱、剪力墻及板的加固：可提高柱延性(抗震能力)2倍～4倍；提高梁、板的抗彎能力30%～100%；增強(qiáng)梁、柱抗剪能力30%～80%；提高柱、墻承壓能力20%～50%，特別適用于各類曲面結(jié)構(gòu)。同時(shí)，碳纖維加固材料耐久性好，耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境腐蝕，節(jié)省空間，施工簡(jiǎn)便，不需要現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，可大大提高建筑物使用壽命，降低加固成本等?？傊?，碳纖維材料在建筑工程中的優(yōu)越性是顯而易見的。

4 結(jié)語

近年來，隨著碳纖維復(fù)合材料產(chǎn)量的增加，碳纖維材料越來越表現(xiàn)出它的優(yōu)越性，在建筑工程中發(fā)揮著巨大的作用。未來，由于碳纖維復(fù)合材料的存在，建筑工程將出現(xiàn)劃時(shí)代的輝煌景象。

Applicationofcarbonfiberreinforcementtechnologyinbuildingengineering

NIEMin

(ShanxiBureauofHydraulicBuildingEngineering,Taiyuan030006,China)

The paper introduces principles of carbon fiber reinforcing technology, describes the properties carbon fiber increasing cement, prestressed carbon fiber board, and carbon fiber composite reinforcement properties and its application technology in building engineering, and finally analyzes its priorities by comparing to traditional materials, with a view to promote its further application.

carbon fiber material, reinforcement, application, superiority

1009-6825(2014)33-0090-02

2014-09-14

聶 敏(1984- )，女，助理工程師

TU745

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