碳纤维布在结构加固工程中的应用.doc

碳纤维布在结构加固工程中的应用摘要：由于自然环境、施工质量和实际使用各种因素的影响，已建混凝土结构或构件可能会出现设计标准偏低、承载能力不足，砼表面裂缝等问题，这些混凝土结构或构件除少数为必须拆除重建才能满足需要以外，绝大部分可以通过加固改造就能提高或者改善结构承载能力，由此而达到结构安全和满足使用要求。本文简要简要介绍了碳纤维的材料性能，加固原理及优点，分别阐述了碳纤维在混凝土梁加固、框架柱加固、大型预制空心楼板加固等工程中的应用情况，并对碳纤维加固工艺及应注意事项作了具体说明，以促进该加固技术的推广应用。关键词：碳纤维，工程加固，技术原理，施工工艺，注意事项前言近年来，人们对结构的安全性，使用性和耐久性要求不断增强，对现有结构的维护和维修加固引起了工程界的广泛重视。有很多的因素会缩短现有结构的使用寿命如物理老化，化学腐蚀，社会需求的变化，设计标准的提高等，这些出现问题的建筑物，当实际情况不允许推倒重建时，则只能采取适当的技术措施对其进行加固补强处理。随着材料科学的发展，碳纤维材料在建筑工程中的应用逐渐成为国内各大学术机构研究的热点。碳纤维布结构加固修补技术是一种新型的结构加固技术,它是利用树脂类专用粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家,在我国起步则比较晚。高强碳纤维布与结构胶粘剂配套使用,适用于混凝土结构、木质结构的修复加固可大幅度提高构件的承载力、抗震性能和耐久性。广泛应用于桥梁加固、工业与民用建筑加固。1碳纤维的材料性能1.1碳纤维布的材料性能1)碳纤维布的物理机械性能。高强度碳纤维片可以提高混凝土的抗拉强度，同时也提高了钢筋的屈服荷载。采用高模量的碳纤维，构件的承载能力将进一步提高，同时可减少粘结碳纤维布的层数，并且可以控制和减少挠度。可以有效地增加混凝土构件的承载能力。2)碳纤维布的耐久性能。碳纤维布按10000h加速试验相当于自然条件老化，碳纤维的抗拉强度基本没有降低，并且经过2000h的加速老化试验，粘结碳纤维的剥离粘结强度也没有降低。混凝土补强试件从-20℃—-50℃，3h内10次循环浸渍，其抗弯强度不发生变化。1.2粘结碳纤维用树脂性能碳纤维是通过树脂的粘结来达到整体作用的，因此树脂的性能直接关系到加固的效果。目前，普遍使用的粘结树脂一般是环氧类树脂。总之碳纤维具有：1)高强高效：抗拉强度2500MPa—3500MPa，弹性模量235GPa。2)重量轻、厚度薄：比重1.8g/㎡，每层厚0.1mm～0.2mm。3)高耐久性：不会生锈,非常适合各种高酸、高碱、盐等环境使用等优点。2碳纤维加固结构构件技术原理碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，其抗拉强度是普通钢筋的l0倍左右，弹性模量略高于普通钢筋。加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要有2种：碳纤维材料与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的lO倍，而弹性模量与钢材相当，某些种类碳纤维的弹性模量甚至在钢材的2倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好地加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。利用碳纤维布极强的抗拉性能，采用高性能的环氧类粘结剂，按照一定的工序将碳纤维布粘贴在梁、柱、板的表面，使混凝土与碳纤维布形成一体共同作用，使上述构件在承受超负荷时的变形被约束在一个有限的范围内，从而使结构体系不至于破坏。3加固优点碳纤维加固是利用碳纤维布和专用结构胶对构件进行加固处理，具有以下特点:(1)抗拉强度高,是Ⅱ级钢筋的10倍以上。(2)轻质、柔软易粘贴、质量易于保证,不增加结构自重及截面尺寸。(3)广泛应用于梁、柱剪力墙、板的加固,特别适用于各类曲面结构。(4)耐久性好,耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀。(5)可提高柱延性(抗震能力)2至4倍,提高梁板的抗弯能力30%至100%;增强梁、柱抗剪能力30%至80%;提高柱墙承压能力20%至50%(6)施工便捷,工效高,没有湿作业,不需现场固定设施,施工占用场地少。4碳纤维在各种混凝土加固工程中的应用4.1碳纤维在混凝土梁加固工程中的应用4.1.1碳纤维加固后混凝土梁的破坏特征碳纤维布加固后粱的破坏类型有4种：1)受压区混凝土压坏；2)碳纤维布拉断破坏；3)粘结破坏(混凝土被拉下)，这类破坏是由于胶作用于混凝土表面的剪应力和正应力的组合作用引起水平裂缝的产生和扩展，导致混凝土被拉下，有时甚至梁的整个混凝土保护层被拉下；4)混凝土一胶界面发生剥离破坏(撕下的碳纤维上粘的混凝土很少)，这一般是由于胶