谈碳纤维材料在加固混凝土结构中的应用

摘 要：碳纤维是增强的高新材料，经过多年来的研究和应用实践的积累，碳纤维应用技术已在建筑工程领域中得到了越来越多的运用。笔者在本文中主要介绍一下碳纤维技术在加固混凝土结构中的应用。

关键词：高新材料 混凝土结构 碳纤维 特性 加固

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

随着材料科学的发展，碳纤维材料在土木工程中的应用成为国内外研究的热点。经过多年来的研究和应用实践的积累，碳纤维应用技术已在建筑工程领域中得到了越来越多的运用。碳纤维材料是人造高新材料，它具有优异的性能及稳定性，合理地使用会达到许多别的材料无法替代的优越性，在现代加固技术中，尤其是混凝土结构的维修加固中，它充分发挥了加固强度高、施工操作简便等特性，笔者在此全面介绍一下该技术的应用：

一、碳纤维的特性

碳纤维它是一种纤维状的碳材料。它是在经过几千度的高温下经特殊工艺制造出来的高科技材料产品。碳纤维材料具有耐老化、强度高、质量轻、抗腐蚀、物理性能极其稳定等优点。它的拉伸强度可以达到钢材的7—10倍，但是它的比重仅为钢材的25%不到。它呈黑色细丝状，直径极小，极易折断，不能单独使用。只有把碳纤维浸渍树脂后，采用特殊工艺将其制成纤维定向排列的复合材料后才能应用。一般成品片材又分为碳纤维布和碳纤维板。碳纤维布的随意性优于碳纤维板。

二、碳纤维材料加固技术的特点和优越性

1、碳纤维材料的化学稳定性能优异。该可以很好地增强建筑结构对外部环境的适应能力，延长建筑结构物的使用寿命。

2、碳纤维材料的物理力学性能优异。该材料的优异的物理力学性能使它可以有效应用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程，并且可以取得优异的加固补强效果。

3、碳纤维材料的质量轻、强度高，用它加固的结构体可通过装饰后，不留加固痕迹，不影响结构体外观。它质量轻、强度高的特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体。这是其它维修加固方法无法相比的特点。

4、粘贴碳纤维材料加固混凝土技术的施工工序非常简单、便捷。当它在加固施工时不需要启用大型工程器械，仅需要采用小型电动工具操作。所以它在施工时具有工种少，用工少，工期短，进度快等优点。由于碳纤维材料加固技术的施工便捷、简单，使它有着很大的经济效益和社会效益，所以用碳纤维材料加固技术是加固混凝土结构理想的建筑材料。

三、粘贴碳纤维布加固法

应用于工程实际的建筑材料的不断研发进步以及新型材料的出现，是建筑工程发展的重要驱动力。新型材料碳纤维的研发和它在建筑程的维修、加固领域的成功应用，使得建筑工程加固技术翻开了新的篇章。

1、碳纤维材料的要求

（1）碳纤维复合材料

碳纤维复合材料是由基体及纤维共同组成的。加固混凝土结构常用的纤维材料主要有以下三种：芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维。这三种复合材料的特点是:成完全线弹性的应力应变量，材料不存在屈服点或塑性区域。

用碳纤维布材料加固混凝土结构时，要求按结构的受力和构造特点将碳纤维布用粘结材料有序地粘贴于构件表面，以达到利用碳纤维布的特性对结构变形的约束，并提高结构物的极限强度和承载能力的目的。

(2)粘结材料

能否保证碳纤维布与混凝同工作的重点是粘结材料性能的好坏程度。粘结材料也是它们两者之间传力途径的关键所在。我们选用的粘结材料必须要有足够的韧性，它不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏，同时必须有足够的强度与刚度，才可以保证碳纤维与混凝土间剪力的传递。由于混凝土结构加固工程的施工环境不受限制，所以粘结材料必须能和碳纤维材料一样，可以适应恶劣的自然环境。

2、碳纤维布加固混凝土结构施工工艺与要求

（1）施工前的准备作业、基面处理要求

将碳纤维布粘贴于混凝土前，要求先用砂轮机先清除和打磨混凝土结构表面的劣化层；混凝土结构基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位与凸出部分也要磨平，转角部位要进行倒角处理；裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补。

混凝土基面的清理：先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气清除粉尘；再用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可用清水冲洗，但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。

（2）粘贴施工要求

A、对需要加固的混凝土结构基面要求：碳纤维布加固混凝土结构技术是依赖碳纤维布与结构表面的粘贴有效率，所以要求基面的混凝土强度等级不得低于C15。同时要求被加固混凝土结构具有良好的保护层，并且基面要求平整。对于结构有起皮、剥落、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复施工处理。

B、碳纤维布的粘贴：碳纤维布加固混凝土构件时，要求采用薄布多层的粘贴方法，从而确保与粘结材料充分浸润。对于受弯构件，最好在受拉区沿轴向粘贴碳纤维布进行加固，并且在主纤维方向的断面端部附近进行必要的锚固处理措施。

C、碳纤维布的搭接与截断：粘贴碳纤维布加固混凝土时，因为碳纤维布与混凝土粘结应力主要集中于端部10cm范围内，产生的粘结破坏是脆性的，所以遇到碳纤维布必须搭接时，搭接长度必须不小于10cm。搭接部位要求必须避开构件的应力最大区范围，同时搭接端部必须平整无翘曲。

D、工程中选用的碳纤维布及其配套粘结材料，必须有厂家所提供的材料检验证明和合格证。

3、粘贴法加固材料质量控制

在施工中应严格控制的要点

(1)粘贴结材料的配合比控制

粘贴用胶结材料的配合比必须严格控制，它是粘贴加固质量和效果能否得到保证的关键环节，在配料时要求严格按使用配合比备料。

(2)施工温度控制

环氧树脂在低温条件下固化比较缓慢，一般直选择在15℃—28℃的温度条件下进行施工。如果遇到在气温较低时施工，必须采取加温养护措施。

(3)应保持成型所需要的压力

混凝土梁板加固时，大多数都是在梁的底面进行，由下而上进行粘贴。如果成型时施加的压力不足，就会造成与混凝土之间粘合不够紧密，导致补强层材料发生脱落，会影响加固的效果。

(4)粘贴控制

涂胶要求涂抹均匀，为避免形成空洞或脱胶，要用力将产生的气泡挤出刮平，否则将会影响到混凝土结构的加固效果，导致某些部位粘结不好，造成在混凝土结构使用过程中这些部位出现应力集中的现象，引起混凝土结构的破坏。

四、结束语

随着粘贴碳纤维加固混凝土的技术日益成熟，该技术在越来越多的工程加固项目中得到应用，其优越的性能在混凝土结构加固过程中得到了充分的体现，实践证明该技术是一种成熟而有效的混凝土加固方法，值得大力推广。实际施工中，我们应在《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的基础上来进行设计、施工。笔者相信随着碳纤维技术的广泛应用，碳纤维会在现代建筑工程领域里获更广泛的使用前景。

参考文献：

1、吴启祥《建筑结构加固新技术一混凝土结构碳纤维加固技术》2005年

2、姜艳霞《浅谈碳纤维加固钢筋混凝土的应用实践》2002年