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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