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浅谈碳纤维布在混凝土桥梁加固技术中的应用山西建筑2008年1月发布时间：2008-09-09作者：窦角摘要：对碳纤维布在混凝土桥梁加固技术中的应用进行了探讨介绍了碳纤维片材的力学性能指标分析了碳纤维布的加固原理总结了碳纤维布加固技术的施工要点及其优点以期促进这一新型高性能材料应用和研究工作的开展。采用碳纤维聚合物CFRP(CarbonFiberReinforcedPolymer)加固混凝土结构是近十年来在发达国家中新兴的成熟的加固技术也是国内工程界日渐关注和发展中的加固应用技术。随着碳纤维制造技术的进步和聚合物性能的日臻完善CFRP的性能价格比将很快会被业界所接受一个碳纤维应用的高潮正在出现。1材料碳纤维是一种力学性能优异的新材料它的比重不到钢的1/4碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500MPa以上是钢的7倍-9倍抗拉弹性模量为23000MPa-43000MPa亦高于钢。因此CFRP的比强度即材料的强度与其密度之比可达2000MPa/(g*m3)以上而A3钢的比强度仅为59MPa/(g*m3)左右其比模量也比钢高。碳纤维和石墨纤维一般统称为碳纤维含碳量都在95%以上目前具有工业意义的原丝仅有聚丙烯睛纤维(PAN)和中间相沥青各国生产碳纤维主要是以聚丙烯睛纤维为原料经过高温碳化等特殊工艺加工成极细的纤维丝(直径5pm--10pm)。我国CECS146-2003碳纤维QD片材加固混凝土结构技术规程规定的碳纤维布的主要力学性能指标要求如表1所示。2碳纤维布的加固原理用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍;但是碳纤维材料织成碳纤维布后其中的各碳纤维丝很难完全共同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首先达到其抗拉强度并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。而使用粘结剂后各碳纤维丝能很好地共同工作大大提高碳纤维布的抗拉强度故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同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共同工作同时又要确保碳纤维布与结构共同工作从而达到加固的目的。3适宜的承载力加固类型3.1碳纤维加固钢筋混凝土抗弯构件钢筋混凝土受弯构件的抗弯加固是通过将碳纤维布粘贴于构件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应变增长加快;而在钢筋屈服后碳纤维布充分发挥作用应变增长迅速加快其高强高效的性能得以充分体现。但通过粘贴碳纤维布提高的承载力应受到限制(不大于40%加固前的承载力)。碳维片材用于受弯构件正截面加固的破坏形态:1)端部剥离破坏研究表明在靠近支座端部的片材与基层之间会有很大的端部剪力存在使得片材与基层剥离从而使碳纤维不能与原结构共同受力失去加固作用。2)弯曲裂缝剥离在已开裂的部位裂缝两边胶中有很高的剪应力存在使得裂缝两边的片材容易剥离。3)碳纤维拉断同时钢筋屈服。4)碳纤维不拉断钢筋不屈服压区破坏。5)钢筋屈服碳纤维不拉断压区破坏。3.2碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件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。在构件屈服前碳纤维的应变发展缓慢所达到的最大应变值也较小;在构件屈服后箍筋的作用逐渐被碳纤维代替碳纤维的应变发展加快应变值要高于箍筋的应变值而箍筋所起的约束作用减小其应变发展缓慢。4技术要点4.1操作要求4.1.1卸荷加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。4.1.2基底处理1)混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。2)裂缝部位应首先进行封闭处理。3)用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质构件基面的混凝土要打磨平整尤其是表面的凸起部位要磨平转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R>=10mm).4)用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。4.1.3涂底胶(FP胶)1)按主剂:固化剂=2:1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中用弹簧秤计量电动搅拌器均匀搅拌根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。一般情况下1h内用完。2)用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面待胶固化后(固化时间视现场气温而定以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为2d-3d.4.1.4找平1)混凝土表面凹陷部位应用FE胶填平模板接头等出现高度差