碳纤维复合材料建筑加固应用情况
发布日期：2013-07-21 20:08:41 浏览量：1163
在我国，各类桥梁及房屋建筑结构的维修、加固、改造已经成为建设工程的侧重点。其中FRP复合材料加固法具有非常明显的优势，并且具有良好的经济效益，在结构工程中得到了广泛的应用。在目前的FRP材料加固市场中，碳纤维占的比例最多。
碳纤维复合材料（CFRP）是以碳纤维为增强材料、树脂为基料复合而成的一种工程材料。强度高，为常用钢材的十多倍高、自重轻、施工快、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点，已广泛用于钢筋混凝土结构的梁、板、柱、墙、基础以及桥梁、隧道、港口码头、筒仓等其它土木工程的加固补强。对于钢筋混凝土或钢丝网混凝土表面粘贴加固后，结构承载能力较原结构有大幅度提高。受力时各种材料能够形成新的统一体而协同工作，既可充分利用表层纤维的高强特性，又可充分利用原混凝土结构的刚度和强度。
碳纤维布结构加固补强特点及应用优点
1、强度高
与传统的混凝土结构加固技术相比，碳纤维布加固法具有很明显的优越性：碳纤维材料具有优异的物理力学性能，其抗拉强度高于普通钢材的10倍，极适合于钢筋混凝土结构的加固补强；其轻质柔软，适用面广，施工便捷，尤其是可在不中断交通时进行加固施工；加固厚度小，可不增加原结构的恒载，特别适用于建筑高度受限制情况下加固补强；同时还具有良好的耐久性及耐腐蚀性等。
2、不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布每平米自重仅为200～300g，设计厚度为0.111—0.167毫米，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强加固的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。
3、施工简便
碳纤维布柔软，对被补强物没有形状要求，无需预制材料、大型施工机械和现场固定设施，工期短。
4、对原结构不产生新的损伤
碳纤维布加固补强系采用碳纤维胶粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力素发生冲突而引起新的问题。
5、能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
6、碳纤维布具有优良的耐化学腐蚀性
碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长（200年）。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其它方法更显出其优异性。
7、不影响结构的外观
碳纤维布的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。
加固用原材料情况
加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要为二种：碳纤维与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十几倍，而弹性模量与钢材相当，某些种类(如高弹性)碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树指则包括底层树脂、整平材料及粘浸树脂，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。
1、碳纤维
普通碳纤维是以聚丙烯腈(PAN)或中间相沥青(MPP)纤维为原料经高温碳化制成，碳化程度决定着诸如弹性模量、密度与导电性等性能。碳纤维长丝直径通常在5μm到8μm之间，并合成含3000到18000根的长丝束。为改善碳纤维与基体的亲和性，纤维本身要经表面处理，形成能与基体反应的活性基团。
加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。
碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。
加固混凝土构件时，按构件的不同受力特点用粘结材料将碳纤维布有序地缠绕粘贴于构件表面，实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。
碳纤维布的抗拉强度一般为3550MPa，弹性模量为2.35×105MPa。根据碳纤维布的品质不同，其厚度在0.11～0.43mm，幅宽在20~100cm，卷材长度为50～100m。
2、粘结材料
粘结材料的性能是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，也是两者之间传力途径中的薄弱环节。因此，粘结材料应有足够的刚度与强度保证碳纤维与混凝土间剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏。此外，由于旧桥加固均在野外，所以粘结材料还应能在一般气候条件下固化，且固化时间合适(一般保证有3小时左右)，对组分含量不敏感，具有适宜的流动性和粘度，固化收缩率小。
粘结材料是将连续纤维状的碳纤维结合在一起，同时又与混凝土表面粘合的系列粘接材料。它主要包括三类材料：底层涂料、整平材料和浸渍树脂。
a、底层树脂(底涂胶)
在处理好的混凝土表面上，涂一层很薄的底层胶，既可以浸入混凝土表面，强化混凝土表面强度，又可以改进胶接性能，从而使混凝土与碳纤维布之间的粘接性得以提高。因此要求底涂胶必须具有很低的粘度，以及与混凝土良好的粘结性能，以便于涂刷在混凝土表面后，胶粘剂能渗入混凝土结构中。为保证性能，应尽量避免使用溶剂型胶。
b、整平材料(找平胶)
碳纤维布只有与所加固补强的混凝土表面紧密接触，才能产生良好的补强效果。但混凝土表面的锐利突起物、错位和转角部位等都可能使碳纤维布产生损伤，并引起强度降低。混凝土表面小的模板错很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此，在涂敷的底层涂料指触干燥后，必须用找平胶进行找平，同时将矩形断面直角打磨后补成圆弧状。
找平胶应具有优良的力学性能，以及良好的施工性能与触变性能。在施工过程中，找平胶应易于操作，且不随时间的延长出现明显的变形，防止胶的滴挂。一般的普通环氧树脂的粘接强度和强韧性都达不到找平胶的要求，不应调配使用。
粘浸树脂的作用：粘贴碳纤维布的主要粘结材料，其作用是使碳纤维布与混凝土得到充分的粘结，使其共同承受结构的作用。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130721200909.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
碳纤维复合材料（CFRP）是以碳纤维为增强材料、树脂为基料复合而成的一种工程材料。强度高，为常用钢材的十多倍高、自重轻、施工快、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点，已广泛用于钢筋混凝土结构的梁、板、柱、墙、基础以及桥梁、隧道、港口码头、筒仓等其它土木工程的加固补强。对于钢筋混凝土或钢丝网混凝土表面粘贴加固后，结构承载能力较原结构有大幅度提高。受力时各种材料能够形成新的统一体而协同工作，既可充分利用表层纤维的高强特性，又可充分利用原混凝土结构的刚度和强度。
碳纤维布结构加固补强特点及应用优点
1、强度高
与传统的混凝土结构加固技术相比，碳纤维布加固法具有很明显的优越性：碳纤维材料具有优异的物理力学性能，其抗拉强度高于普通钢材的10倍，极适合于钢筋混凝土结构的加固补强；其轻质柔软，适用面广，施工便捷，尤其是可在不中断交通时进行加固施工；加固厚度小，可不增加原结构的恒载，特别适用于建筑高度受限制情况下加固补强；同时还具有良好的耐久性及耐腐蚀性等。
2、不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布每平米自重仅为200～300g，设计厚度为0.111—0.167毫米，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强加固的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。
3、施工简便
碳纤维布柔软，对被补强物没有形状要求，无需预制材料、大型施工机械和现场固定设施，工期短。
4、对原结构不产生新的损伤
碳纤维布加固补强系采用碳纤维胶粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力素发生冲突而引起新的问题。
5、能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
6、碳纤维布具有优良的耐化学腐蚀性
碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长（200年）。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其它方法更显出其优异性。
7、不影响结构的外观
碳纤维布的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。
加固用原材料情况
加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要为二种：碳纤维与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十几倍，而弹性模量与钢材相当，某些种类(如高弹性)碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树指则包括底层树脂、整平材料及粘浸树脂，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。
1、碳纤维
普通碳纤维是以聚丙烯腈(PAN)或中间相沥青(MPP)纤维为原料经高温碳化制成，碳化程度决定着诸如弹性模量、密度与导电性等性能。碳纤维长丝直径通常在5μm到8μm之间，并合成含3000到18000根的长丝束。为改善碳纤维与基体的亲和性，纤维本身要经表面处理，形成能与基体反应的活性基团。
加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。
碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。
加固混凝土构件时，按构件的不同受力特点用粘结材料将碳纤维布有序地缠绕粘贴于构件表面，实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。
碳纤维布的抗拉强度一般为3550MPa，弹性模量为2.35×105MPa。根据碳纤维布的品质不同，其厚度在0.11～0.43mm，幅宽在20~100cm，卷材长度为50～100m。
2、粘结材料
粘结材料的性能是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，也是两者之间传力途径中的薄弱环节。因此，粘结材料应有足够的刚度与强度保证碳纤维与混凝土间剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏。此外，由于旧桥加固均在野外，所以粘结材料还应能在一般气候条件下固化，且固化时间合适(一般保证有3小时左右)，对组分含量不敏感，具有适宜的流动性和粘度，固化收缩率小。
粘结材料是将连续纤维状的碳纤维结合在一起，同时又与混凝土表面粘合的系列粘接材料。它主要包括三类材料：底层涂料、整平材料和浸渍树脂。
a、底层树脂(底涂胶)
在处理好的混凝土表面上，涂一层很薄的底层胶，既可以浸入混凝土表面，强化混凝土表面强度，又可以改进胶接性能，从而使混凝土与碳纤维布之间的粘接性得以提高。因此要求底涂胶必须具有很低的粘度，以及与混凝土良好的粘结性能，以便于涂刷在混凝土表面后，胶粘剂能渗入混凝土结构中。为保证性能，应尽量避免使用溶剂型胶。
b、整平材料(找平胶)
碳纤维布只有与所加固补强的混凝土表面紧密接触，才能产生良好的补强效果。但混凝土表面的锐利突起物、错位和转角部位等都可能使碳纤维布产生损伤，并引起强度降低。混凝土表面小的模板错很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此，在涂敷的底层涂料指触干燥后，必须用找平胶进行找平，同时将矩形断面直角打磨后补成圆弧状。
找平胶应具有优良的力学性能，以及良好的施工性能与触变性能。在施工过程中，找平胶应易于操作，且不随时间的延长出现明显的变形，防止胶的滴挂。一般的普通环氧树脂的粘接强度和强韧性都达不到找平胶的要求，不应调配使用。
粘浸树脂的作用：粘贴碳纤维布的主要粘结材料，其作用是使碳纤维布与混凝土得到充分的粘结，使其共同承受结构的作用。
文章来源： 永年加固公司 本文链接: http://lubanwang.com/a_20130721200909.html 任何关于加固工程的问题和建议，敬请咨询：0591-87868646
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