碳纤维布加固技术在混凝土结构补强中的应用.doc

碳纤维布加固技术在混凝土结构补强中的应用【摘要】碳纤维布补强加固混凝土结构技术是一种新型的结构加固技术它利用混凝土有很强的渗透性和足够粘结强度的树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面以达到对结构加固补强的目的。通过加固改造提高或者改善结构承载能力及耐久性由此而达到结构安全和满足使用要求本文简述了常用混凝土结构的加固方法论述了碳纤维加固的原理、设计的注意问题、阐述了碳纤维布结构加固技术的施工工艺及技术措施从而促进碳纤维布结构加固技术的发展。【关键词】碳纤维布;加固原理;设计规定；施工工艺;技术要求；1碳纤维布结构加固技术简介及特点碳纤维布（也称为碳纤维增强塑料)是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而制成的。用碳纤维布加固具有以下几个优点:1．1.高强高效:强度约为普通钢板的10倍抗拉强度2500～3550mpa弹性模量2.35×105～5.0×105mpa;1．2.自重轻、厚度薄:比重1.8g/cm3每层厚0.1～0.2mm基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好易于裁剪;1．3.高耐久性:由于不会生锈非常适合有盐等腐蚀环境下使用加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;1．4.施工简便:不需大型施工机构及周转材料也不需现场固定设施易于操作经济性好;1．5、施工周期短。2、碳纤维材料碳纤维布加固钢筋混凝土技术所涉及的材料主要有两种：一是碳纤维布；二是配套树脂类粘结材料。2．1、碳纤维布材料碳纤维布材料。碳纤维丝的产生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）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。2．2、配套树脂类粘结材料（粘结剂）粘结材料是施工成功的重要保证。为了使被加固构件与碳纤维布共同受力要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤布有较高的粘结力和强度抗拉、抗压特别是粘贴抗剪强度应高于混凝土相应的强度而且粘结材料对界面和碳纤维布都要有良好的渗透性和相容性还能够抗冲击、耐疲劳抗老化等。采用碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时通常选用配套底层树脂、找平材料、浸渍树脂和粘结树脂所选材料除满足上述要求外尚应满足施工简易的要求。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2.5MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值ftk。3、碳纤维的补强、加固原理粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结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结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力。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约为普通钢材的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确保碳纤维布与结构共同工作从而达到补强、加固的目的。值得注意的是使用碳纤维进行加固时具体粘贴层数要通过计算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一般不宜超过5层另外从受力性能角度而言单层优于多层窄幅优于宽幅；必要时纵向可以搭接搭接长度不能少于100mm而且要保证碳纤维端部有可靠的锚固除计算要求外还应有必要的构造措施。4、设计规定4．1一般规定在采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时应通过相应的粘贴材料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处的受拉方向一致；采用封闭式粘贴、U型粘贴或侧面粘贴对粱、柱构件进行受剪加固纤维方向宜与构件轴向垂直；采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固纤维方向应与柱轴向垂直。当有可靠依据时碳纤维片材也可用于其他形式和其他受力状况的混凝土结构构件的加固。采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。钢筋和混凝土材料宜根据检测得到的实际强度按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变按线弹性应力应变关系确定其相应的应力。碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95％保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值碳纤维片材的极限应变应取其抗拉强度标准值／除以弹性模量Ed。当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加时应考虑加固后对结构中其他构件或构件的其他性能可能发生的影响。采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时宜卸除作用在结构上的活荷载如不能在完全卸载条件下进行加固应