碳纤维技术在建筑工程加固中的应用

【摘 要】在当前建筑工程施工过程中，由于各种施工原因的制约与影响，经常需要对已经竣工的各种建筑物进行维修和加固处理。随着当前社会技术发展的不断提高，在对各种建筑施工缺陷进行维修和加固处理的过程中，对处理措施和技术要求不断的增加。实践证明，应用碳纤维材料对混凝土结构进行加固，是当前维修和加固中常见的方式之一，是一种高技术含量的新型结构加固措施。碳纤维具有强度高、自重轻、施工方便、快捷、应用广泛等优良性能，因此在当前建筑缺陷加固处理中能够有效的提高和增加建筑物的使用寿命和各种承载力。本文就当前碳纤维技术在建筑工程中的加固应用措施进行综合的分析。

【关键词】碳纤维；加固技术；工程建筑；裂缝；物理学性能

在当前建筑施工日益发展的过程中，各种施工手段和施工措施不断应用的过程中，钢筋混凝土结构是目前常用的建筑结构形式。随着当前建筑工程施工中，各种建筑施工要求和施工技术在发展过程中其相应的处理手段和处理措施也在不断的变化。由于设计施工过程中存在的问题或建筑超过使用年限成为当前建筑工程施工中的主要影响因素和结构构成方式。在当前建筑施工的过程中，是采用相应的技术手段和技术方式进行控制的过程。为了保证结构的正常使用，必须对其进行补强加固。

1．碳纤维加固结构构件技术原理

随着当前社会技术发展过程中，各种建筑施工工艺和施工措施日益完善，碳纤维加固脊柱作为当前建筑施工过程中的主要处理和维修方式，其在施工的过程中是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材，通过两者在施工过程中的共同协调受力特点来达到当前需要的加固目标。碳纤维作为当前建筑施工处理的主要方式，其具有着各种先进的优势是当前普通混凝土施工过程总所无法满足和具有的，弹性模量略高于普通钢筋的弹性模量。在加固维修的过程中维修措施和方式不断的提高。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而且在施工的过程中能够良好的将各种弹性模和钢材进行严格的控制与设计，保证其在施工过程中的质量管理控制措施、且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，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。

2．采用碳纤维布加固具有的优点：

采用碳纤维布加固结构具有高强高效的优点。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在当前建筑施工和设计的过程中，其能够弥补了混凝土修补过程中凝固时间缓慢的缺陷，更是在当前的施工处理过程中形成的系统化管理和加固方式。在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。在碳纤维技术的施工处理和加固中，施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，而且施工所使用的场地很少，避免了在施工的过程中造成对周围各个影响，成为当前人们施工加固技术应用的前提关键。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的4-8倍。具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等)的加固修补，且不改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决，施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100％的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到100％的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到70％就可以了。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。

3．碳纤维材料在结构加固方面的运用

3.1 碳纤维材料结构加固适用范围

碳纤维材料适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、烟囱、筒体、壳体等结构；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。具体说来可以但不限制于：利用碳纤维加固公路桥敦结构、对既有钢筋混凝土烟囱的加固；构件抗弯加固、梁柱构件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿断裂加固、砌体的抗震加固、承载力不足加固、楼宇增层加固、框架柱轴压比超限加固、楼板开裂加固、剪力墙开洞加固、楼面荷载增大加固、桥梁断裂、旧桥大修加固和水塔加固等等。

3.2 碳纤维片材加固修复混凝土结构规范

采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴在一起，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。

3.3 碳纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固：

在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致；采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂直；采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向与柱轴向垂；当有可靠依据时，碳纤维片材也可用采用其它形式或其它受力状况的混凝土结构进行加固；采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算；钢筋和混凝土材料，根据检测得到的实际强度，按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标；碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变，按线弹性应力应变关系确定其相应的应力；碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95%保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值；当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时，应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响；采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时，宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能在完全卸载条件下进行加固，应考虑二次受力的影响；在受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于Cl5。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C10。

4．结语

随着当前碳纤维加工技术在建筑工程加固施工中的日益普及，其在各种建筑物缺陷的处理和维修过程中使用比例日益提高和增加。从这个角度上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，更是当前建筑工程加固处理的主要模式，由于其在施工的过程中具有着各种混凝土所不能够拥有的优势，也许在未来人类社会在材料应用上会从钢铁时代进入到一个碳纤维材料的应用时代，是其未来发展的主要趋势。