碳纖維增強材料，簡(jiǎn)稱(chēng)碳纖維，是近十年來(lái)在發(fā)達國家新興的一種加固混凝土結構的新材料，以其優(yōu)異的力學(xué)性能在工程領(lǐng)域日漸受寵，被人們稱(chēng)為“結構加固的新星”。采用碳纖維加固技術(shù)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
1.1強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在3500MPa以上，遠高于鋼材；抗拉彈性模量為230000～430000MPa，亦高于鋼材。因此它的比強度（即材料的強度與其密度之比）可達到2000MPa/g/cm3以上，而Q235鋼的比強度僅為59MPa/g/cm3左右，比模量也比鋼材高。
1.2 施工簡(jiǎn)便、快捷。使用碳纖維加固構件不需大型施工機構及周轉材料，易于操作，施工周期短，經(jīng)濟性好。
1.3 抗酸堿鹽類(lèi)介質(zhì)的腐蝕，應用面廣。加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性，可以應用于各種工作環(huán)境的構件加固。
1.4 可以有效的封閉混凝土結構的裂縫，延長(cháng)結構的使用壽命。
1.5 易于保持結構原狀，基本不增加結構自重及截面尺寸。
2．材料
碳纖維加固鋼筋混凝土技術(shù)所涉及的材料主要有兩種：一是碳纖維布；二是配套樹(shù)脂類(lèi)粘結材料。
2.1碳纖維增強材料（CFRP）
CFRP乃英文Carbon Fibire Reinforcement Polymer 的首字母縮寫(xiě)，意為碳纖維增強材料。碳纖維絲的產(chǎn)生，是通過(guò)氧化有機聚合物（通常是聚丙稀硝胺纖維或乳化瀝青），只留下碳素材料，其碳原子沿原有纖維長(cháng)度排列整齊而形成碳素纖維。每根碳纖維絲由3000～12000個(gè)碳原子絲以絞線(xiàn)或麻繩的方式排列而成，其粗細僅相當于人的1根頭發(fā)絲。
碳纖維成品可以制成不同的型材如纖維布、纖維板、棒材、短纖維等，根據不同工程的不同部位和需要而定。在加固工程中應用量最大和最普通的還是碳纖維布
2.2配套樹(shù)脂類(lèi)粘結材料（粘結劑）
粘結材料是施工成功的重要保證。為了使被加固構件與碳纖維布共同受力，要求粘結劑對被粘貼界面和碳纖布有較高的粘結力和強度，抗拉、抗壓特別是粘貼抗剪強度應高于混凝土相應的強度，而且粘結材料對界面和碳纖維布都要有良好的滲透性和相容性，還能夠抗沖擊、耐疲勞抗老化等。
采用碳纖維片材對混凝土結構進(jìn)行加固修復時(shí)，通常選用配套底層樹(shù)脂、找平材料、浸漬樹(shù)脂和粘結樹(shù)脂，所選材料除滿(mǎn)足上述要求外，尚應滿(mǎn)足施工簡(jiǎn)易的要求。一般要求底層樹(shù)脂及找平材料的正拉結強度大于2.5MPa且不小于被加固混凝土拉結強度的標準值ftk
3．碳纖維的補強、加固原理
粘貼碳纖維結構加固技術(shù)是指采用高性能粘結將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（抗彎、抗剪）承載能力。
用于建筑結構加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強度約為普通鋼材的10倍；但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類(lèi)推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著(zhù)關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又確保碳纖維布與結構共同工作，從而達到補強、加固的目的。
值得注意的是，使用碳纖維進(jìn)行加固時(shí)，具體粘貼層數要通過(guò)計算確定，考慮到各層的共同工作系數，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般不宜超過(guò)5層。另外，從受力性能角度而言，單層優(yōu)于多層，窄幅優(yōu)于寬幅；必要時(shí)縱向可以搭接，搭接長(cháng)度不能少于100mm，而且要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除計算要求外，還應有必要的構造措施。
4．碳纖維布在混凝土結構加固中的機理分析
碳纖維加固技術(shù)應用廣泛，適用于各種結構類(lèi)型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構，要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可，這里著(zhù)重介紹碳纖維布加固鋼筋混凝土抗彎、抗剪、抗震構件的機理作用，其它從略。
4.1 碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構件。
鋼筋混凝土受彎構件的抗彎加固，是通過(guò)將碳纖維布粘貼于構件受拉區，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件受拉區混凝土開(kāi)裂前，碳纖維的應變很??；在混凝土開(kāi)裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長(cháng)加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長(cháng)迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現。
4.2 碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構件。
鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區，這里碳纖維的作用類(lèi)似于箍筋。在構件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較??；在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。
4.3 碳纖維加固鋼筋混凝土抗震柱。
應用碳纖維對混凝土柱進(jìn)行抗震加固，是通過(guò)用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土柱來(lái)提高其延性而實(shí)現的。碳纖維的主要作用是對其內部混凝土起到了約束作用，這種約束是一種被動(dòng)約束，隨著(zhù)混凝土柱軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產(chǎn)生環(huán)向伸長(cháng)，從而提高側向約束力。約束機制取決于兩個(gè)因素：混凝土的橫向膨脹性能和外包碳纖維布的環(huán)向約束能力。碳纖維布約束混凝土表現出兩階段受力過(guò)程：第一階段，混凝土處于類(lèi)似素混凝土的線(xiàn)彈性階段，橫向變形小，故碳纖維橫向變形也很小，分界點(diǎn)在素混凝土峰值應力附近；第二階段，構件達到極限承載力后，混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維環(huán)向應變顯著(zhù)增長(cháng)，環(huán)向約束力增加，混凝土極限壓應變得以提高，因而推遲了受壓區混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著(zhù)改善了構件的延性。
我國是一個(gè)地震多發(fā)國家，建筑物的抗震加固技術(shù)是工程抗震領(lǐng)域研究與應用的一個(gè)重要方面。碳纖維補強加固混凝土技術(shù)對混凝土柱的抗震加固在工程中應用最多。
5．結語(yǔ)
粘貼碳纖維結構加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，我國已經(jīng)制定了相關(guān)的技術(shù)標準及規程（即《CECS146－2003碳纖維片材加固混凝土結構技術(shù)規程》），為這門(mén)技術(shù)的應用和健康發(fā)展奠定了基礎。
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