谈碳纤维布加固技术在混凝土结构中的应用

摘要：本文简要介绍了碳纤维布加固混凝土的结构特点及其技术原理

关键词：碳纤维布；混凝土；技术；原理

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

引言：

碳纤维具有元素碳的各种优良性能如比重小耐热性极好热膨胀系数小导热系数大耐腐蚀性和导电性良好等, 同时它又具有纤维般的柔曲性可进行编织加工和缠绕成型。碳纤维最优良的性能是比强度和比模量超过一般的增强纤维。目前, 碳纤维布加固混凝土结构技术在我国的许多地区的桥梁和工民建工程中得到了广泛的应用。

1.碳纤维布加固技术特点

1.1高强高效、 高弹性模量, 其抗拉强度比普通钢材高 8 ~ 10倍, 将它用粘结树脂与结构粘贴后形成一体, 能可靠地与钢筋混凝同工作, 有优异的补强效果, 且适用面广、 质量易保证。

1.2施工便捷, 工效高, 没有湿作业, 不需现场固定设施, 能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸, 可多层粘贴, 并能有效地封闭混凝土的裂缝, 施工占用场地少。而采用传统的加固补强方法, 如包混凝土法、 粘钢法, 均需进行大量剔凿、 植筋、 焊接、 浇混凝土作业, 碳纤维布施工却不需要。因此, 它对施工空间要求很低, 便于狭窄空间作业,对生产、 使用的干扰很小。

1.3耐腐蚀及耐久性能极佳。碳纤维能有效地防护构件的混凝土和钢筋免职受酸、 碱、 盐、 水等介质的腐蚀。碳纤维与胶结构本身及经其补强的构件可以长期承受紫外线、 核幅射; 长期在 - 54~ 80e 下使用,强度不会降低; 经加速暴露老化试验验证可历时 40年性能不变; 且在表面涂装后, 耐用性更加突出。

1.4加固修补后, 基本不增加原结构自重, 能保持结构原状, 外形美观, 同时原构件尺寸不会有太大的变化。粘贴后表面可以涂刷、 粘贴饰面材料、 防火材料。

2.碳纤维布加固技术原理

外贴碳纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材，通过二者协同受力，达到加固目的。碳纤维布具有很高的抗拉强度（其抗拉强度约为普通钢材的十几倍）、高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，这为利用粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构提供了前提条件。但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作。在结构承受荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，随着荷载的加重，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘贴剂后，碳纤维能与混凝土形成一个复合型整体，并且能很好地共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。

3.碳纤维布材料

碳纤维布材料中的碳纤维丝的产生是这样形成的：通过氧化有机聚合物，有机聚合物指的是：聚丙稀硝胺纤维或乳化沥青，氧化后留下了的碳素材料，沿着原来的纤维长度来形成的碳素纤维。每根碳素纤维都是由很多的碳原子丝来构成的,它的粗细程度仅仅是人的头发丝粗细。

粘结材料是施工成功的重要保证。 为了使被加固构件与碳纤维布共同受力，要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤布有较高的粘结力和强度,抗拉、 抗压特别是粘贴抗剪强度应高于混凝土相应的强度，而且粘结材料对界面和碳纤维布都要有良好的渗透性和相容性，还能够抗冲击、 耐疲劳抗老化等。 采用碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时，通常选用配套底层树脂、找平材料、浸渍树脂和粘结树脂,所选材料除满足上述要求外，尚应满足施工简易的要求。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2.5MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值ftk。

4.施工工艺

采用碳纤维布加固混凝土结构，应由熟悉该技术施工工艺的专业施工单位承担，并应有加固方案和施工技术措施。

施工的工序：被加固结构物表面处理断面修复底层表面的涂布不平面修整碳纤维贴片施工固化表面涂装施工质量检查。

进行粘贴碳纤维布时，首先根据要求裁好所需尺寸，再配制浸渍胶液，一次配胶量要以可使用期内施工所需量为限。最后进行粘贴，粘贴时尽量不使空气进入粘接碳纤维布和胶粘剂之间，碳纤维布沿纤维方向的搭接长度≥100mm。 贴好一层最好放置数小时，以达到脱泡、 浸润的效果。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化(碳纤维表面指触感干燥为宜)，再涂第二层时就可达到良好的效果，多层粘贴重复以上步骤，在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。冬季最好一天粘贴一层，在其固化时要防雨淋、 防风砂。 固化好后根据要求进行表面涂装，完成施工。

5.质量控制

5.1原材料必须有生产厂家的出厂检验合格证，进口材料要有商检证。工程量比较大时应进行原材料试验。

5.2严格控制施工现场的温度和湿度。气温在 5e 以下、,相对湿度RH > 85 %、 混凝土表面含水率在 8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工。施工温度应在 5 - 35e 范围内，相对湿度不大于 70%。

5.3每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。

5.4施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注入粘结胶的方法进行补救。粘结面积若少于 90%则判定粘结无效，需重新施工。

5.5施工现场通风状况良好。

5.6施工用各种树脂远离明火，并避免阳光直射。

5.7碳纤维布施工后，应进行养护，保证养护期间的温度不低于环氧树脂的允许使用温度。养护期一般在 1~ 2周内。对于有风吹、雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护。

6.注意事项

由于碳纤维片为电的良导体, 应使其远离电源。施工及检查人员应穿防护工作服, 配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。当树脂粘附在皮肤上时, 应立即用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗或及时就医。

7.碳纤维布加固混凝土结构技术在防护工程中的应用

鉴于碳纤维布加固混凝土技术的特点和在爆炸冲击波作用下加固构件抗弯性能的表现，认为碳纤维布加固混凝土技术可以在防护工程的以下几个方面得到应用：

7.1快速修复加固防护工程

由于碳纤维布重量轻( 1. 8 g/ cm3) ,厚度薄(每层厚仅 0.1 mm~ 0.2 mm) ,树脂胶凝固时间短, 施工快捷,不需要大型机具, 没有湿作业, 无需其他固定措施, 施工工效高,不占用大量空间,因此可以在遭受敌人首轮打击后, 快速修复地下工事, 保存有生力量和武器装备, 以承受多次打击和组织实时反击。

7.2减轻常规武器对结构的振塌破坏作用

振塌破坏是常规武器击中目标后,爆炸和冲击荷载产生的压缩应力波在结构中传至结构背爆面时,产生强拉伸波, 造成结构背爆面混凝土崩塌和层裂, 形成大小不一的混凝土碎块。这些碎块具有较高的速度,对结构内部人员设备构成很大的威胁。

7.3电磁屏蔽作用

屏蔽是当前对电磁脉冲防护最有效的措施之一, 同时也是解决信息泄漏的重要手段, 碳纤维布具有良好的导电性,是一种优良的屏蔽材料。由于它柔软质轻, 容易裁剪,可以贴粘于防护结构任何部位, 有效减轻电磁脉冲进入工程内,破坏仪器设备, 杀伤人员和防止指挥通信工程中信息的外泄,从而达到克敌制胜的效果。

7.4保护混凝土结构,延长其使用寿命

由于外贴碳纤维布混凝土构件对酸、 碱、 盐等恶劣环境有极强的抵抗力,因此可以用来加固保护那些海水浸渍的港口工程、 近海地区和复杂地质条件下受酸、 碱、 盐侵蚀危害的结构,延长使用寿命。

碳纤维布加固混凝土技术由于其技术先进、 操作简单、 工序简便、 设计施工便捷、 加固周期短、 整体工作性能好等特点已在国内外土木建筑结构补强加固中广泛应用。

8.结语：

粘贴碳纤维布结构加固技术是一种新型的加固技术，进行结构加固补强，解决了工程急需的技术难题，通过加固工程实践证明，在加固工程中，采用粘贴碳纤维布进行结构加固，工期、质量、造价均得到了优化，结构受力合理，达到了安全、可靠、经济、适用的目的。所以，碳纤维补强加固混凝土结构技术作为一种技术含量高的建筑物补强加固方法，具有很高研究，推广价值和社会经济效益。

参考文献：

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