南京扬子石油化工设计有限公司 210048
摘要：碳纤维增强聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer简称CFRP）是一种新兴的高强材料，最早应用于航空航天等高科技领域。近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。较之传统的结构加固方法，碳纤维加固技术是一种新型高效的加固修复技术，它具有高强、高效、施工便捷、使用面广等优点。碳纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维片材粘贴于混凝土表面，从而达到结构补强及改善受力性能的目的。
关键词：碳纤维粘结材料；加固优点；加固分析；
前言：
碳纤维加固技术适用于各种混凝土结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可。
一、碳纤维加固混凝土结构原理
碳纤维材料（CFRP）是英文Carbon Fibire Reinforcement Polymer 的首字母缩写，翻译为碳纤维增强材料。是近些年来新兴的、应用广泛的一种加固混凝土的材料。碳纤维丝是通过氧化有机聚合物（通常是聚丙稀硝胺纤维或乳化沥青）后，只留下碳素材料，其碳原子沿原有纤维长度排列整齐而形成碳素纤维。每根碳纤维丝是由3000～12000个碳原子丝以绞线或麻绳的方式排列而成，其粗细仅相当于人的1根头发丝。碳纤维CFRP一般是直径为5μm～20μm的连续纤维，基材由树脂和固化剂组成，用树脂（内加固化剂）浸润碳纤维，待树脂固化后便形成了碳纤维增强塑料。具有以下特性：强度高，其抗拉强度远高于；密度小，仅为普通钢材的1/6；抗腐蚀性能好，强度不受酸碱腐蚀介质的影响；非磁性，不影响电磁信号的传播；抗疲劳性能优良，疲劳寿命普遍高于钢材；温变系数和混凝土相当。
二、碳纤维布其加固优点
碳纤维成品可以制成不同的型材如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等，根据不同工程的不同部位和需要而定。在加固混凝土工程中应用量较多的还是碳纤维布（片材）。使用碳纤维布加固具有以下几个优点；
1、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；
2、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；
3、自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸；
4、柔性好，易裁剪，应用范围广；
5、施工简便（不需大型施工机构及周转材料）及工期较短。
碳纤维加固混凝土结构是指，用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高混凝土结构构件的抗弯和抗剪的承载能力。碳纤维具有优良的力学性能，其抗拉强度为普通钢材的10倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝无法同时进行工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝能先达到抗拉强度后断裂、退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。在使用粘结剂后，各碳纤维丝就能很好地同时进行工作，大大的提高了碳纤维布的抗拉强度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能同时工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝能同时工作，又确保碳纤维布与结构能共同工作，从而达到补强、加固混凝土结构的目的。
需要注意的是，在使用碳纤维进行加固时，粘贴层数需通过计算来确定，考虑到各层的共同工作系数，抗疲劳的能力和避免脆性破坏。另外，从受力性能角度而言，单层优于多层，窄幅优于宽幅，除计算要求外，还应满足必要的构造要求。
三、碳纤维布在混凝土结构加固分析
碳纤维加固技术适用范围很广，可用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。能对钢筋混凝土结构的抗弯、抗剪等构件进行加固。
采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过配套的改性环氧树脂胶粘剂将碳纤维片材粘贴于构件表面，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向应与加固部位的受拉方向一致。将碳纤维布粘贴于受弯构件的受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维布后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与，共同工作；在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长，其高强高效的性能得以充分体现。
采用U型箍或环形箍的形式对梁或柱的抗剪性能进行加固，纤维方向应与构件轴向方向垂直。钢筋混凝土的抗剪加固，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维的作用类似于箍筋。在混凝土构件屈服前，碳纤维的应变发展比较缓慢，达到的最大应变值也比较小；但在混凝土构件屈服后，碳纤维逐渐代替箍筋的作用，碳纤维的应变发展增快，其应变值要高于原构件箍筋的应变值，从而增强了原混凝土构件的抗剪性能。
采用环向围束粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向应与柱轴向垂直。柱端箍筋加密区的总折算体积配箍率应按公式计算，并应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》G B 5 0 O 1 O 对柱端箍筋加密区体积配箍率的要求。采用碳纤维片材缠绕加固混凝土柱可以约束混凝土的变形，从而提高混凝土的抗压强度，降低轴压比。钢筋混凝土柱在承受轴向压力时，构件是由于受到极限值非常小的横向扩张引起的，如能在构件四周创造横向约束，以阻止受压构件的这种横向扩张，从而提高构件抗压承载力和变形能力。碳纤维加固钢筋混凝土柱就是在柱混凝土和碳纤维增强带之间产生约束作用。柱的抗震加固必须采用环向围束式粘贴并应有可靠的连接。此时，搭接长度比受弯加固、受剪加固的搭接长度应大一些，才能保证加固效果。
结语
由大量的工程实践证明，碳纤维加固技术对于混凝土结构构件的补强加固效果十分理想，在基本不增大构件的截面尺寸及自重的前提下，该技术在施工工期、材料耐久性、施工质量等方面均能达到要求。施工简便、快捷，使用碳纤维加固构件时不需要大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。碳纤维具有较高的抗酸、碱盐类介质腐蚀的性能，应用面较广，用其加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。用碳纤维后，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，延长混凝土结构构件的使用寿命。碳纤维自重轻、厚度小，易于保持结构原状，基本不增加结构自重及截面尺寸。碳纤维具有良好的综合经济效益和社会效益，具有较大的推广使用价值。由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，其应用前景很光明。
参考文献：
[1]碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 CECS 146：2003（2007年版）
[2]岳清瑞，我国碳纤维增强材料（CFRP）加固修复土木建筑结构技术研究应用现状与展望，混凝土结构学术交流会，2000年
[3]卜良桃、宋力、施楚贤，碳纤维板加固钢筋混凝土梁的抗弯试验和理论研究，建筑结构学报，2007年第一期
论文作者:毛颖
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签：碳纤维论文; 构件论文; 混凝土论文; 混凝土结构论文; 结构论文; 材料论文; 应变论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;