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: 11.高强高效:强度约为普通钢板的10倍,抗拉强度25003550mpa,弹性模量2.351055.0105mpa; 12.自重轻、厚度薄:比重1.8g/cm3,每层厚0.10.2mm,基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪; 13.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; 14.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; 15、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。21、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300012000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。22、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41 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，应考虑二次受力的影响。在受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于C15。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C1O。42 一般构造要求 当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时，构件转角处外表面的曲率半径不应小于20 mm；碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm，当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开；为保证碳纤维布可靠地与混凝土共同工作，必要时应采取附加锚固措施。5施工工艺采用碳纤维布加固混凝土结构，应由熟悉该技术施工工艺的专业施工单位承担，并应有加固方案和施工技术措施5.1施工的工序：被加固结构物表面处理断面修复底层表面的涂布不平面修整碳纤维贴片施工固化表面涂装施工质量检查5.2混凝土表面如出现表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平，除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物，凸出部位要磨平，转角部位要倒成20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。配制底层用胶并涂敷，根据气温及施工粘贴结构件的具体情况决定涂敷的厚薄（一般4mm），特别是冬季，气温低于5不宜施工，雨天也不宜施工。首先，把结构胶（底胶）用滚筒刷涂抹于混凝土表面，在搭接、拐角部位可多涂一些，当底层胶固化（底胶表面指触感干燥）后，用磨平机将凸起不平处磨平，为下一道工序作好准备，然后涂刷浸渍胶，粘贴碳纤维。现场要注意通风，作好劳动保护。5.3进行粘贴碳纤维布时，首先根据要求裁好所需尺寸，再配制浸渍胶液，一次配胶量要以可使用期内施工所需量为限。最后进行粘贴，粘贴时尽量不使空气进入粘接碳纤维布和胶粘剂之间，碳纤维布沿纤维方向的搭接长度100mm。贴好一层最好放置数小时，以达到脱泡、浸润的效果。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化（碳纤维表面指触感干燥为宜），再涂第二层时就可达到良好的效果，多层粘贴重复以上步骤，在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。冬季最好一天粘贴一层，在其固化时要防雨淋、防风砂。固化好后根据要求进行表面涂装，完成施工。5.4 由于碳纤维织物粘贴加固混凝土结构是一项近年来采用比较多的工程加固技术措施，除了在设计和施工中应引起设计和施工人员的高度重视以外，对工程最后的检验和验收也应该严格把关。在施工之前，就应确认碳纤维片材和配套的树脂类粘结材料的产品合格证、产品质量出厂检验报告，各项性能指标是否符合设计要求，在结构加固的过程中，应严格按照规程的有关条款的规定进行各工序隐蔽工程的检验及验收，如发现有施工质量不满足规程有关条款的要求，应立即采取补救措施或返工，碳纤布维的实际粘贴面积不应小于设计面积，位置偏差不应大于10mm，碳纤维布与混与凝土之问的粘结质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维布面的方法检查，总有效粘结面积不应低于95 ，当碳纤维布的空鼓面积不大于10000 mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补，空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维布切除，重新搭接贴上等量的碳纤维布，搭接长度不应小于100 mm。必要时，对施工质量进行现场抽样检验，并对碳纤维和配套树脂类粘结材料进行现场抽样检验。6、结论粘贴碳纤维布结构加固技术是一种新型的加固技术，进行结构加固补强，解决了工程急需的技术难题，通过加固工程实践证明，在加固工程中，采用粘贴碳纤维布进行结构加固，工期、质量、造价均得到了优化，结构受力合理，达到了安全、可靠、经济、适用的目的，所以，碳纤维补强加固混凝土结构技术作为一种技术含量高的建筑物补强加固方法，具有很高研究，推广价值和社会经济效益。参考文献：1CECS 146：2003（2007年版） 碳纤维片材料加固混凝土结构技术规程。2黄兴棣，田 炜，建筑物鉴定加固也增层改造，北京，中国