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碳纤维复合材料的新应用.pdf

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第期纤维复合材料 , 年月旧 综述 碳纤维复合材料的新应用 徐维强 哈尔滨玻璃钢研究所 提要本文介绍了国外碳纤维复合材料片及其在修补加固钢筋混凝土结构中的应用情况、碳 纤维复合材料片修补加固工艺的特点和对钢筋混凝土结构物修补加固的效果及推广应用前景。 关键词碳纤维复合材料片碳纤维复合材料片修补加固工艺钢筋混凝土结构物 一 , ,‘,厂‘‘甘,臀只亨骨‘少甘‘‘ · ,!∀! 、,一匀一 一前口 以往,碳纤维主要用于制造先进复合材料,并起到了支柱作用。但,由于碳纤维的优异特性 和随着价格的不断降低,近年来国外在建筑领域中,用来修补加固钢筋混凝土结构物,引起了 新的注目,将出现巨大市场。一种被称为碳纤维复合材料片修补加固钢筋混凝土的新工艺已在 日本、美国、英国等国出现,并在日本用于由阪神大地震造成损坏的钢筋混凝土桥板、桥墩的修 补加固工程上,获得突破性进展。表和表分别列出了日本近期采用这种新工艺修补加固钢 筋混凝土结构的种类、数量和与阪神大地震有关的工程项目。据报导,英国曾用碳纤维复合材 料来增强伦敦地下隧道的铸铁梁和增加石油平台壁的耐冲击波性能等,他们最感兴趣的是用 于海洋工业的基础结构物,并称可用碳纤维复合材料替代钢、混凝土、铸铁和铝。复合材料常用 的热固性粘结剂有不饱和聚醋树脂、乙烯基酷树脂和环氧树脂。 表日本近期用碳纤维复合材料片加固结构物的应用情况 应用方面件数 、 桥梁桥板桥墩 隧道 烟简 电线杆 、、 其它平板引水渠管道 纤维复合材料年 表与阪神大地震有关工程项目 应用方面 桥梁 隧道 其它万 由于混凝土的抗压强度高、抗拉强度低且脆,所以通常要埋入钢筋才能制成受力结构物, 这就是钢筋混凝土。钢筋混凝土结构物本来可以说是永久性结构物,但因长期使用且伴随疲 劳、环境条件恶化等,表面会风化,易产生裂纹裂纹的发展将引起钢筋腐蚀和混凝土剥落,需 要即时修补另外,近来由于车辆趋于大型化,道桥的限制重量也随之提高,例如日本的限制重 ,, 量由平和年的吨已提高到吨在这种改变荷载的条件下对已建成的道桥包括桥墩 和桥板就需要增强、加固,控制钢筋混凝土结构物的裂缝发展和缓和发生在钢筋上的应力,于 是碳纤维在这里就有效的发挥了抗拉模量高和抗拉强度高的作用。例如,一般的钢筋混凝土桥 墩,从经济观点出发,钢筋的用量通常采用中途减少的设计方案,若在此部位贴上碳纤维复合 材料片就可以提高桥墩的抗弯强度若从桥墩外侧周向贴上碳纤维复合材料片就能提高它的 剪切强度,同时由于对混凝土产生约束力,故改变了变形性能,提高了韧性,因而增强了结构的 抗震能力。 、 二碳纤维复合材料片及其修补加固工艺 碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂通常是环氧树脂将定向排列的碳纤维 束粘结起来制成的薄片见图。把这种薄片按照设计要求,贴在结构物被加固的部位,充分 发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用,来修补加固结构物的一种方法通常称为碳纤 维复合材料片修补加固工艺见图。 碳纤维复合材料片修补加固工艺有以下特点 ,。 碳纤维复合材料片轻比重是铁的 ,, 碳纤维复合材料片的拉伸模量比钢的高特别是拉伸强度要比钢的高十倍以上所以 补强加固效果好。 。 碳纤维复合材料片的耐腐蚀性能优异 ,,,。 可以手糊故不需用重大机械而且在狭小的地方对复杂形状的结构也能施工 ,。 工艺性好工期短 正是因为上述特点,碳纤维复合材料片修补加固工艺在修补加固已劣化的钢筋混凝土结 、 构物约束裂纹发展防止混凝土剥落和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混 凝土结构物的补强、加固应用越来越多。 徐维强碳纤维复合材料的新应用 脱模纸布纂 厂只对脂”结剂 图碳纤维复合材料片断面示意图 加血 被固的处理整平涂底漆 涂粘结剂树脂贝占碳纤维复合材料片 涂粘结剂树脂表面涂装 夕一 一一图碳纤维复合材料片修补加固工艺 修补加固设计与效果 桥墩 在增加荷载、出现裂纹和损伤的部位,垂直方向贴上碳纤维复合材料片,可以直接提高此 部位的抗弯强度,能把破坏位置向基部转移,控制了脆性破坏在基部的破