膠州碳纖維加固咨詢：-158-0091-0140-付先生，由于自然環(huán)境、施工質(zhì)量和實(shí)際使用各種因素的影響，已建混凝土結(jié)構(gòu)，或構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、承載能力不足，砼表面裂縫等問題，這些混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件除少數(shù)為必須拆除重建才能滿足需要以外，絕大部分可以通過加固改造就能提高或者改善結(jié)構(gòu)承載能力，由此而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全和滿足使用要求。本文簡(jiǎn)要簡(jiǎn)要介紹了碳纖維的材料性能，加固原理及優(yōu)點(diǎn)，分別闡述了碳纖維在混凝土梁加固、框架柱加固、大型預(yù)制空心樓板加固等工程中的應(yīng)用情況，并對(duì)碳纖維加固工藝及應(yīng)注意事項(xiàng)作了具體說明，以促進(jìn)該加固技術(shù)的推廣應(yīng)用。?
關(guān)鍵詞：碳纖維，工程加固，技術(shù)原理，施工工藝，注意事項(xiàng)?前言?
????近年來，人們對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性，使用性和耐久性要求不斷增強(qiáng)，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和維修加固引起了工程界的廣泛重視。有很多的因素會(huì)縮短現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的使用壽命如物理老化，化學(xué)腐蝕，社會(huì)需求的變化，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高等，這些出現(xiàn)問題的建筑物，當(dāng)實(shí)際情況不允許推倒重建時(shí)，則只能采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對(duì)其進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，碳纖維材料在建筑工程中的應(yīng)用逐漸成為國(guó)內(nèi)各大學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)研究的熱點(diǎn)。碳纖維布結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),?它是利用樹脂類專用粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,?以達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維材料(CFRP)?用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80?年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家,?在我國(guó)起步則比較晚。高強(qiáng)碳纖維布與結(jié)構(gòu)膠粘劑配套使用,?適用于混凝土結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固可大幅度提高構(gòu)件的承載力、抗震性能和耐久性。廣泛應(yīng)用于橋梁加固、工業(yè)與民用建筑加固。?
1?碳纖維的材料性能?
1.1?碳纖維布的材料性能?
????1)碳纖維布的物理機(jī)械性能。高強(qiáng)度碳纖維片可以提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)也提高了鋼筋的屈服荷載。采用高模量的碳纖維，構(gòu)件的承載能力將進(jìn)一步提高，同時(shí)可減少粘結(jié)碳纖維布的層數(shù)，并且可以控制和減少撓度?？梢杂行У卦黾踊炷翗?gòu)件的承載能力。2)碳纖維布的耐久性能。碳纖維布按10000h加速試驗(yàn)相當(dāng)于自然條件老化，碳纖維的抗拉強(qiáng)度基本沒有降低，并且經(jīng)過2?000?h的加速老化試驗(yàn)，粘結(jié)碳纖維的剝離粘結(jié)強(qiáng)度也沒有降低?；炷裂a(bǔ)強(qiáng)試件從-20℃—?-50℃，3?h內(nèi)10次循環(huán)浸漬，其抗彎強(qiáng)度不發(fā)生變化。?1.2?粘結(jié)碳纖維用樹脂性能?
????碳纖維是通過樹脂的粘結(jié)來達(dá)到整體作用的，因此樹脂的性能直接關(guān)系到加固的效果。目前，普遍使用的粘結(jié)樹脂一般是環(huán)氧類樹脂?？傊祭w維具有：1)高強(qiáng)高效：抗拉強(qiáng)度2500?MPa—3500?MPa，彈性模量235GPa。2)重量輕、厚度薄：比重1.8g/㎡?，每層厚0.1?mm～0.2?mm。3)高耐久性：不會(huì)生銹,非常適合各種高酸、高堿、鹽等環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)。?
2?碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理?
????碳纖維材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的l0倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要有2種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的lO倍，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，某些種類碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的2倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好地加固修復(fù)材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個(gè)復(fù)合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。利用碳纖維布極強(qiáng)的抗拉性能，采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑，按照一定的工序?qū)⑻祭w維布粘貼在梁、柱、板的表面，使混凝土與碳纖維布形成一體共同作用，使上述構(gòu)件在承受超負(fù)荷時(shí)的變形被約束在一個(gè)有限的范圍內(nèi)，從而使結(jié)構(gòu)體系不至于破壞。?
3?加固優(yōu)點(diǎn)?
碳纖維加固是利用碳纖維布和專用結(jié)構(gòu)膠對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固處理，具有以下特點(diǎn):?(1)?抗拉強(qiáng)度高,?是Ⅱ級(jí)鋼筋的10?倍以上。?
(2)?輕質(zhì)、柔軟易粘貼、質(zhì)量易于保證,不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。?(3)?廣泛應(yīng)用于梁、柱剪力墻、板的加固,?特別適用于各類曲面結(jié)構(gòu)。?(4)?耐久性好,?耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境腐蝕。?
(5)?可提高柱延性(抗震能力)2至4倍,提高梁板的抗彎能力30%至100%;增強(qiáng)梁、柱抗剪能力30%至80%;提高柱墻承壓能力20%至50%?
(6)?施工便捷,工效高,沒有濕作業(yè),不需現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施,施工占用場(chǎng)地少。?
4?碳纖維在各種混凝土加固工程中的應(yīng)用?
4.1?碳纖維在混凝土梁加固工程中的應(yīng)用?4.1.1?碳纖維加固后混凝土梁的破壞特征?
????碳纖維布加固后粱的破壞類型有4種：1)受壓區(qū)混凝土壓壞；2)碳纖維布拉斷破壞；3)粘結(jié)破壞(混凝土被拉下)，這類破壞是由于膠作用于混凝土表面的剪應(yīng)力和正應(yīng)力的組合作用引起水平裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土被拉下，有時(shí)甚至梁的整個(gè)混凝土保護(hù)層被拉下；4)混凝土一膠界面發(fā)生剝離破壞(撕下的碳纖維上粘的混凝土很少)，這一般是由于膠的性能不理想或施工質(zhì)量不過關(guān)而導(dǎo)致破壞發(fā)生在混凝土一膠界面上。發(fā)生哪種破壞，主要由碳纖維布的錨固性能所決定。梁破壞時(shí)，靠近支座處的斜裂縫在底部，該處的碳纖維布有較大的錨固長(zhǎng)度，所以，往往發(fā)生碳纖維布被拉斷的破壞。而靠近加載點(diǎn)處的斜裂縫在梁頂部通過，該處碳纖維布的錨固長(zhǎng)度很短，所以，往往發(fā)生粘結(jié)破壞。因此，保證錨固性能極其重要。?4.1.2?受力特點(diǎn)?
采取補(bǔ)強(qiáng)加固措施后，梁受彎承載力的增長(zhǎng)幅度是隨碳纖維布粘貼面積的增加而增大的，但梁受彎承載力的增長(zhǎng)也并非與碳纖維布使用面積的增加成正比。當(dāng)碳纖維布粘貼層數(shù)較少時(shí)，增長(zhǎng)幅度大；隨著碳纖維布層數(shù)的增加，各層碳纖維并不能完全共同工作，部分碳纖維的強(qiáng)度沒有完全發(fā)揮出來。另外，碳纖維布用量的增多，還將改變構(gòu)件的破壞形態(tài)。如粘1層布的梁的破壞始于碳纖維被拉斷，而粘5層布的梁則因受壓區(qū)混凝土被壓碎導(dǎo)致構(gòu)件的最終破壞。通常碳纖維布寬度較小時(shí)梁受彎承載力提高較大，其原因是分條后有利于碳纖維布中的各纖維束更好地共同工作，因而碳纖維布分條使用的效率要優(yōu)于整條使用。所以在工程設(shè)計(jì)中，不能籠統(tǒng)地認(rèn)為碳纖維布用得越多越好。在碳纖維用量相同的情況下，條帶間距小、層數(shù)少的加固方案要優(yōu)于條帶間距大、層數(shù)多的
加固方案。單層條帶加固的試件，破壞類型多數(shù)為碳纖維條在斜裂縫處被撕裂，而包裹兩層碳纖維條的試件，其破壞類型為碳纖維條從混凝土表面剝離。?4.1.3?加固對(duì)裂縫形態(tài)的影響?
????碳纖維布加固對(duì)梁的開裂荷載影響很小，但隨荷載的增加，碳纖維布要抑制裂縫的發(fā)展，并發(fā)揮更大地作用。由于碳纖維布的約束作用，加固后梁的裂縫發(fā)展較為緩慢，裂縫間距變小，數(shù)量變多，寬度變小。而且在加固后，當(dāng)作用在梁上的荷載較大時(shí)，由于在混凝土一膠界面上產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力，所以，即使在純彎段，梁底部也會(huì)產(chǎn)生一些斜裂縫，特別是3層碳纖維布加固后的梁，在純彎段
產(chǎn)生近于水平的裂縫，若荷載繼續(xù)增大，就容易發(fā)生混凝土被拉下的破壞。?4.1.4?施工過程對(duì)加固后構(gòu)件強(qiáng)度的影響?
????碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)后構(gòu)件的剛度在很大程度上取決于碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)的施工過程。它不同于一般的施工過程，如混凝土澆筑的不好，只不過是強(qiáng)度降低而已，而碳纖維的施工方法不正確，則強(qiáng)度為零。因?yàn)樘祭w維是一種很柔軟的材料，本身并沒有強(qiáng)度，只有將它貼合在含浸樹脂的涂布面上才會(huì)產(chǎn)生很大的強(qiáng)度。所以，碳纖維施工方法的正確與否是至關(guān)重要的。?4.2?碳纖維加固框架柱的加固機(jī)理?
????用碳纖維包裹加固框架柱時(shí)，碳纖維布的主要作用就是對(duì)其內(nèi)部混凝土起到了約束作用，由于碳纖維的抗拉強(qiáng)度和彈性模量都很高，因此這種約束作用很明顯。當(dāng)混凝土受壓產(chǎn)生橫向變形時(shí)，碳纖維布可以約束混凝土變形，加大混凝土的極限壓應(yīng)變，因而推遲了受壓區(qū)混凝土的破碎，充分發(fā)揮縱筋的塑性變形性能，改善鋼筋混凝土柱的延性，從而提高框架柱的承載力和抗震性能。?4.3?碳纖維布在加固大型預(yù)制空心樓板工程中的應(yīng)用?
????1)加固機(jī)理：用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面。?
????2)加固材料性能：碳纖維布抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3500MPa,彈性模量為235000MPa，單向受拉。?
????3)與混凝土共同工作性能：通過3種粘結(jié)材料粘結(jié)：a．底層樹脂浸入混凝土表層；b．用找平材料對(duì)局部不平處進(jìn)行修復(fù)；c．粘結(jié)劑能從纖維絲間滲出，充分包裹纖維束形成一個(gè)復(fù)合整體，共同工作性能好。?
4)對(duì)原結(jié)構(gòu)的影響：一層粘貼厚度為0.5?mm，每層質(zhì)量為400g／m～600g／m，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。?
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