淺談碳纖維加固技術在建筑工程中的應用工學論文

　　摘要：在建筑工程中，由于各種原因，經常需要對已有建筑物進行維修、加固。實踐證明，應用碳纖維材料對混凝土結構進行加固，是一種有較高技術含量的、全新的建筑結構加固方法。碳纖維具有強度高、自重輕、施工方便、快捷、應用廣泛等優良性能，因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構件以提高承載力及延長壽命是目前比較流行的方法，在建筑業中有著廣泛的發展前景。

　　關鍵詞：碳纖維 加固技術 工程建筑

　　1.碳纖維加固結構構件技術原理

　　外貼纖維增強復合材料加固混凝土技術是通過在混凝土結構外部粘貼纖維增強復合材料片材，通過二者協同受力，達到加固目的。碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復混凝土結構所有碳纖維材料主要為兩種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當，某些（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載力，達到對結構構件進行加固、補強的目的'。

　　2.采用碳纖維布加固具有的優點：

　　采用碳纖維布加固結構具有高強高效的優點。由于碳纖維材料優異的物理力學性能，在加固修補混凝土結構中可以提高混凝土結構及構件的承載力和延展性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。施工便捷，工效高，無濕作業，不需大型施工機具，施工占用場地少。根據有關統計資料，同為粘貼加固工法，粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的4-8倍。具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。試驗表明，碳纖維材料加固混凝土結構有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抗御建筑物經常遇到的酸、堿、鹽對結構物的腐蝕。適用面廣。粘貼碳纖維材料加固修補混凝土結構可廣泛適用于各種結構類型(如建筑物、構筑物、橋梁、隧道等)、各種結構形狀(如矩形、圓形、曲面結構等)、各種結構部位(如梁、板、柱、節點、拱、殼、墩等)的加固修補，且不改變結構形狀，這是目前任何一種結構加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，對于一些大型橋梁橋墩、橋梁、橋板以及隧道、大型筒體及殼體結構工程等，采用舊的加固手段幾乎無法實施，而采用該項加固技術都能順利解決，施工質量易保證。由于碳纖維材料是柔性的，即使被加固的結構表面不是非常平整也基本可以達到100％的有效粘貼率，而粘貼鋼板則很難達到100％的有效粘貼面，相應的驗收標準也只要求其達到70％就可以了。碳纖維材料質量輕且薄，粘貼后每平方米重量不到1.0kg，粘貼一層的厚度僅1.0mm左右，加固修補后基本不增加原結構自重及原構件尺寸。

　　3.碳纖維材料在結構加固方面的運用

　　3.1碳纖維材料結構加固適用范圍

　　碳纖維材料適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結構；另外，磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。具體說來可以但不限制于：利用碳纖維加固公路橋敦結構、對既有鋼筋混凝土煙囪的加固；構件抗彎加固、梁柱構件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓宇增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板開裂加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水塔加固等等。

　　3.2碳纖維片材加固修復混凝土結構規范

　　采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時，應通過配套粘結材料將碳纖維片材粘貼在一起，使碳纖維片材承受拉力，并與混凝土變形協調，共同受力。

　　3.3碳纖維片材可采用下列方式對混凝土結構構件進行加固：

　　在梁、板構件的受拉區粘貼碳纖維片材進行受彎加固，纖維方向與加固處的受拉方向一致；采用封閉式粘貼、U形粘貼或側面粘貼對梁、柱構件進行受剪加固，纖維方向宜與構件軸向垂直；采用封閉式粘貼對柱進行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂；當有可靠依據時，碳纖維片材也可用采用其它形式或其它受力狀況的混凝土結構進行加固；采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時，應按國家現行有關標準采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法進行承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態驗算；鋼筋和混凝土材料，根據檢測得到的實際強度，按國家現行有關標準確定其相應的材料強度設計指標；碳纖維片材應根據構件達到極限狀態時的應變，按線彈性應力應變關系確定其相應的應力；碳纖維片材應取生產廠提供的不小于95%保證率的極限抗拉強度作為抗拉強度標準值；當采用粘貼碳纖維片材對結構或構件進行加固時，應考慮加固后對結構中其它構件或構件的其它性能可能產生的影響；采用粘貼碳纖維片材進行結構加固時，宜卸除作用在結構上的活荷載。如不能在完全卸載條件下進行加固，應考慮二次受力的影響；在受彎加固和受剪加固時，被加固混凝土結構和構件的實際混凝土強度等級不應低于Cl5。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時，混凝土強度等級不應低于C10。

　　4.結語

　　隨著碳纖維加工技術的普及，我國各種應用占碳纖維率需求比例不斷上升，從這個角度上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景，也許在未來人類社會在材料應用上會從鋼鐵時代進入到一個碳纖維材料廣泛應用的時代。

　　參考文獻：

　　[1] 張小平，碳纖維加固技術[J]，山西建筑，2009年第八期

　　[2] 陳小兵等，碳纖維加固鋼筋混凝土梁的實驗研究[J]，工業建筑2008年第六期

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