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一”碳纖維由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結(jié)構(gòu)沿纖維軸擇優(yōu)取向，因此沿纖維軸方向有很高的強(qiáng)度和模量。炭纖維的密度小，因此比強(qiáng)度和比模量高。炭纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹(shù)脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造*復(fù)合材料。炭纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是高的。

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)的這項(xiàng)技術(shù)起步很晚，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)低造成歷史遺留問(wèn)題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿(mǎn)足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，亟需進(jìn)行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。

粘貼纖維復(fù)合材加固

纖維復(fù)合材主要包括碳纖維(CFRP)、芳綸纖維(AFRP)和玻璃纖維(GFRP)三種，而目前加固市場(chǎng)上主要采用碳纖維材料。碳纖維加固法是近年來(lái)以迅速發(fā)展起來(lái)的一種混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它通過(guò)將高強(qiáng)度碳纖維織物或預(yù)成型板材通過(guò)改性環(huán)氧樹(shù)脂粘貼于被加固構(gòu)件表面達(dá)到改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。碳纖維布具有起稿的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，并具有比鋼材更好的抗疲勞性能，質(zhì)量比鋼材小很多，碳纖維材料具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕能力和耐久性，且能適用各種復(fù)雜形狀混凝土的粘貼要求，因此被廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等各種結(jié)構(gòu)形式的加固，主要用于受拉和受彎構(gòu)件承載力不足的加固，而用其進(jìn)行纏繞約束作用時(shí)，也可用于受壓構(gòu)件的加固，可以有效增強(qiáng)被加固構(gòu)件的延性，適用于結(jié)構(gòu)抗震加固。在施工方面，粘貼后對(duì)原結(jié)構(gòu)自重和構(gòu)件尺寸的影響較小，功效高，不需要大型施工機(jī)具。

碳纖維加固施工流程

1. 混凝土表面處理：打磨混凝土表面除去表層灰漿，使用吹風(fēng)機(jī)吹去浮灰，對(duì)于濕度較大的混凝土構(gòu)件，還需進(jìn)行人工干燥處理，如用棉布蘸丙酮擦拭等

2. 配制并涂刷碳纖維膠：將主劑A和固化劑B按照2：1的質(zhì)量比在容器內(nèi)使用電動(dòng)攪拌機(jī)機(jī)械混合2至3分鐘，直到顏色均勻。使用滾刷均勻涂抹在打磨處理后的加固位置。

3. 碳膠指觸干燥后，配制找平材料（一般為水泥灰），對(duì)于不平整處進(jìn)行修復(fù)處理，使用鏟刀或刮板將涂刷過(guò)碳膠的混凝土表面的氣孔，凹面，露筋等部位進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原。待找平材料干燥后，再次涂刷碳膠，使用滾刷均勻在找平后的加固位置。

4. 粘貼碳纖維布：涂刷碳膠后立即將碳布按設(shè)計(jì)位置粘貼，使用脫泡羅拉滾壓讓碳膠浸透碳布，待碳膠干燥后，再在表面涂抹一層碳膠。若多層粘貼，待指觸干燥后方可進(jìn)行下一步的粘貼。（碳布如需搭接，搭接長(zhǎng)度不宜小于200MM）

5. 施工完成后防止雨淋或受潮，注意保護(hù)，防止硬物碰傷施工表面。若平均氣溫大于25攝氏度時(shí)，固化時(shí)間不得少于3天，平均氣溫低于10攝氏度時(shí)，固化時(shí)間不得少于7天。

6. 碳膠用量：每平米碳布用膠量為0.6-0.9公斤。

碳纖維加固結(jié)構(gòu)的原理

碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固改善混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維復(fù)合材料主要分為兩種：碳纖維材料與配套樹(shù)脂。其中碳纖維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，某些（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復(fù)材料；配套樹(shù)脂則包括底層樹(shù)脂、找平樹(shù)脂及粘結(jié)樹(shù)脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個(gè)復(fù)合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

二、碳纖維加固結(jié)構(gòu)的作用

1.提高結(jié)構(gòu)抗剪切能力。碳纖維包覆柱或墩時(shí)，由于碳纖維的橫向約束作用使柱或墩的受力狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)一步提高了抗剪切能力。特別時(shí)發(fā)生地震時(shí)，能有效地防止柱或墩出現(xiàn)脆裂性破壞。

2.加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗彎曲能力。一般把碳纖維布粘在梁或板的底部后，當(dāng)梁或板出現(xiàn)彎曲變形時(shí)，碳纖維布與梁或板內(nèi)部的聯(lián)合承受力，共同發(fā)揮作用，可有效地增強(qiáng)梁或板的抗彎曲能力。

3.增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。由于碳纖維布包覆混凝土結(jié)構(gòu)提升了結(jié)構(gòu)的延伸性和承受力，同時(shí)又對(duì)建筑結(jié)構(gòu)有防護(hù)作用，因此可以增長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。

4.延遲裂縫出現(xiàn)，抑制裂縫擴(kuò)散。當(dāng)碳纖維布包覆混凝土結(jié)構(gòu)后，大大提高了混凝土抗裂能力，延遲了裂縫的出現(xiàn)。當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫時(shí)，碳纖維布可有效地抑制裂縫繼續(xù)擴(kuò)散。

三、碳纖維加固在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

1.碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固適用范圍

碳纖維材料可應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)部位；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以通過(guò)碳纖維材料進(jìn)行加固。具體說(shuō)來(lái)適用范圍如下：利用碳纖維材料加固公路橋敦結(jié)構(gòu)、對(duì)既有鋼筋混凝土煙囪的加固；構(gòu)件抗彎加固、梁柱構(gòu)件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓房增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板裂縫加固、剪力墻開(kāi)洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋改修加固和水塔加固等等。

四碳纖維加固質(zhì)量要求

1． 所有進(jìn)場(chǎng)材料，包括碳纖維材料和膠結(jié)材料，必須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合工程加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求。

2． 碳纖維材料在運(yùn)輸、儲(chǔ)存中不得受擠壓，以免碳纖維受損，也不得直接日曬和雨淋，膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲(chǔ)存。

3． 各工序的施工質(zhì)量，由技術(shù)人員負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督，每一道工序完成后提請(qǐng)技術(shù)員檢查、認(rèn)可后，才能進(jìn)行下道工序。

4． 涂底層涂料

涂料應(yīng)涂刷均勻、不得漏涂，嚴(yán)禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。

溫度低于7℃，相對(duì)濕度RH<85%，混凝土表面含水率在8%以下，無(wú)結(jié)露現(xiàn)象時(shí)，必須使用改性環(huán)氧樹(shù)脂。

5.構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)

構(gòu)造物表面小孔、內(nèi)角必須用環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)平整，膩?zhàn)油抗魏?，表面仍存在的不平糙紋，應(yīng)再用砂紙磨平。

6.粘貼碳纖維

①貼碳纖維材料時(shí)須符合下述條件：

a、碳纖維材料應(yīng)按規(guī)定裁切。

b、氣溫、空氣濕度、構(gòu)件表面含水率等符合要求。

c、底層涂料及膩?zhàn)舆_(dá)到指觸干燥（樹(shù)脂表面達(dá)到固化硬結(jié)）。

d、粘結(jié)樹(shù)脂的類(lèi)型與施工時(shí)的氣溫適合，主劑和固化劑、固化促進(jìn)劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱(chēng)量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。

②碳纖維粘貼的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

a、下涂和上涂滲浸入碳纖維束良好。

b、碳纖維粘結(jié)嚴(yán)實(shí)。

c、對(duì)于直徑在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10個(gè)可認(rèn)為合格；若每平方米在10個(gè)以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。對(duì)于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。

d、順纖維方向搭接長(zhǎng)度不小于20cm,各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯(cuò)開(kāi)至少50cm。

e、碳纖維材料規(guī)格，粘貼位置、長(zhǎng)度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合規(guī)定。

碳纖維布技術(shù)參數(shù) 

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