浅谈碳纤维布加固技术

[摘 要]本文简单介绍了碳纤维布加固技术、并举例了其在实际工程中的应用，说明了用碳纤维布加固钢筋混凝土构件是一种行之有效的办法。

[关键词] 碳纤维布；环氧树脂；加固；钢筋混凝土构件

一、 引言

在工业和民用建筑中，钢筋混凝土（RC）结构在长期使用中，由于设计标准偏低、使用载荷提高、环境化学因素引起的性能劣化等原因，一些钢筋混凝土构件需要加固的情况日渐增多，现已成为建筑结构安全评估和安全保障的重要环节。

在各种加固方法中，用碳纤维增强树脂（CFRP）布或板加固钢筋混凝土构件的方法，在20世纪80年代中后期美、日、欧等发达国家应用以来，现已在我国得到迅速的发展和普及。由于CFRP加固具有很好的比强度、比刚度、耐腐蚀、耐久性强、非磁性、重量轻、耐磨损、抗老化、施工方便和施工工期短等优点，所以现广泛应用于各类工程和民用建筑中。

二、 碳纤维布加固技术简介

碳纤维布加固技术是利用专用结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土表面，形成复合结构，CFRP通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。

1. 碳纤维介绍

碳纤维是有机纤维在惰性气体中经高温碳化而成的纤维状的碳化合物。它是由沥青纤维、聚合物纤维或含碳气体制成。碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。

2. 环氧树脂

仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。

环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维布的环氧粘贴树脂易于“透”过碳纤维布，使其与混凝土结构有很强粘结力。碳纤维布工法中使用了底涂、腻子、浸渗粘着树脂等三种环氧树脂。

3. 碳纤维材料与其他加固材料对比

（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为普通二级钢的10倍左右；

（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一；

（3）疲劳强度：碳纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

（4）重量：约为钢材的五分之一，厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面；

（5）与碳纤维板的比较：碳纤维布可以粘贴在各种形状的结构表面，而碳纤维板更适用于规则构件表面。此外，由于粘贴碳纤维板时底层树脂的用量比碳纤维布多、厚度大，与混凝土界面的粘接强度不如碳纤维布。

4. 碳纤维布的主要力学性能指标

抗拉强度标准值fcfk≥3000MPa； 弹性模量Ecf≥2.1×105MPa； 伸长率≥1.5%

三、碳纤维布加固技术在实际工程中应用

下面举二个我在实际工程中应用碳纤维布加固技术的例子：

1. 在瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程中，由于业主要求把月台水箱处屋面标高由原20.200改为21.550，及消防水池改动，经PKPM软件计算复核原基础顶面至6.150标高段处E轴交13轴的柱子配筋不足，所以采用碳纤维布加固技术对已施工完毕此柱进行如下处理：

a. 被粘贴混凝土表面应打平整，除去表面杂质，直至完全露出混凝土结构新面;

b. 当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时，构件转角处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm;

c. 框架柱外贴400g/m2碳纤维布，如图一所示;

d. 碳纤维布两端应搭接或采取可靠连接措施形成封闭箍。碳纤维布条带的搭接长度不应小于150mm，且各条带搭接位置应相互错开。

e. 施工应满足《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》CECS 146:2003。

2. 在瑞安市肛肠医院门诊（办公）综合楼工程中，5轴交A-C轴、B轴交4-5轴以东3500mm两段二层梁在浇捣混凝土过程中由于支撑下沉而下弯，根据施工、监理单位提供梁下沉数据，做如下处理：(有三点同上例子a,b,f)

a. 梁外贴200g/m2碳纤维布，如图二所示;

b. 碳纤维布采用U形粘贴进行受剪加固, 在上端粘贴纵向碳纤维布压条；

四、 结束语

瑞安市朝阳冷冻厂扩建工程于2006年6月受业主委托进行加固，2007年初交付使用，至今使用状况良好。通过工程的加固设计体会到，用碳纤维布加固钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件，是一种行之有效的办法。

参考文献

[1] 碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程（CECS 146:2003）[S]. 北京：中国计划出版社，2003.

[2] 混凝土结构加固设计规范（GB 50367-2006）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2006.

[3] 混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。