碳纖維布近年來以其優(yōu)異的力學性能在工程領域日漸受寵，被人們稱為“結(jié)構(gòu)加固的新星”。

一、采用碳纖維加固技術具有如下幾個特點：

1.強度高。碳纖維布的抗拉強度一般都在3400MPa以上，遠高于鋼材。

2.施工簡便、快捷。使用碳纖維布加固構(gòu)件不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，易于操作，施工周期短，經(jīng)濟性好。

3.抗酸堿鹽類介質(zhì)的腐蝕，應用面廣。加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性，可以應用于各種工作環(huán)境的構(gòu)件加固。

4.可以有效的封閉商品混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

5.易于保持結(jié)構(gòu)原狀，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。

二、材料

碳纖維布加固鋼筋商品混凝土技術所涉及的材料主要有兩種：一是碳纖維布；二是配套樹脂類粘結(jié)材料。

1.碳纖維增強材料

碳纖維絲的產(chǎn)生，是通過氧化有機聚合物，只留下碳素材料，其碳原子沿原有纖維長度排列整齊而形成碳素纖維。每根碳纖維絲由3000～12000個碳原子絲以絞線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(jù)不同工程的不同部位和需要而定。在加固工程中應用量比較大和比較普通的還是碳纖維布。

2.配套樹脂類粘結(jié)材料

粘結(jié)材料是施工成功的重要保證。為了使被加固構(gòu)件與碳纖維布共同受力，要求粘結(jié)劑對被粘貼界面和碳纖維布有較高的粘結(jié)力和強度，抗拉、抗壓特別是粘貼抗剪強度應高于商品混凝土相應的強度，而且粘結(jié)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。

采用碳纖維片材對商品混凝土結(jié)構(gòu)進行加固修復時，通常選用配套底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂和粘結(jié)樹脂，所選材料除滿足上述要求外，尚應滿足施工簡易的要求。一般要求底層樹脂及找平材料的正拉結(jié)強度大于2.5MPa且不小于被加固商品混凝土拉結(jié)強度的標準值。

碳纖維膠不僅粘結(jié)度高，易于施工，而且根據(jù)季節(jié)氣候不同配有不同的配方，方便工人操作，更省時省料。

三、碳纖維布的補強、加固原理

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術是指采用高性能粘結(jié)將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力。

用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，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，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)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)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(jié)劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達到補強、加固的目的。

值得注意的是，使用碳纖維進行加固時，具體粘貼層數(shù)要通過計算確定，考慮到各層的共同工作系數(shù)，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般不宜超過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；必要時縱向可以搭接，搭接長度不能少于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(gòu)造措施。

四、碳纖維布在商品混凝土結(jié)構(gòu)加固中的機理分析

碳纖維加固技術應用廣，適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層商品混凝土的強度等級不低于C15即可。

1.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗彎構(gòu)件

鋼筋商品混凝土受彎構(gòu)件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)商品混凝土開裂前，碳纖維的應變很?。辉谏唐坊炷灵_裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強的性能得以充分體現(xiàn)。

2.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗剪構(gòu)件

鋼筋商品混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的比較大應變值也較??；在構(gòu)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。

3.碳纖維布加固鋼筋商品混凝土抗震柱

應用碳纖維布對商品混凝土柱進行抗震加固，是通過用碳纖維布橫向包裹鋼筋商品混凝土柱來提高其延性而實現(xiàn)的。碳纖維布的主要作用是對其內(nèi)部商品混凝土起到了約束作用，這種約束是一種被動約束，隨著商品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，從而提高側(cè)向約束力。約束機制取決于兩個因素：商品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。碳纖維布約束商品混凝土表現(xiàn)出兩階段受力過程：第一階段，商品混凝土處于類似素商品混凝土的線彈性階段，橫向變形小，故碳纖維橫向變形也很小，分界點在素商品混凝土峰值應力附近；第二階段，構(gòu)件達到極限承載力后，商品混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維環(huán)向應變顯著增長，環(huán)向約束力增加，商品混凝土極限壓應變得以提高，因而推遲了受壓區(qū)商品混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著改善了構(gòu)件的延性。

我國是一個地震多發(fā)國，建筑物的抗震加固技術是工程抗震領域研究與應用的一個重要方面。碳纖維補強加固商品混凝土技術對商品混凝土柱的抗震加固在工程中應用比較多。

粘貼碳纖維布加固技術是一種新型的加固技術，已經(jīng)得到較為廣的應用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，碳纖維布必將在工程加固領域獲得更大的應用空間。

本文名稱：碳纖維布在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的技術應用
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