碳纖維材料的要求

碳纖維復(fù)合材料通常由纖維和基體組成。加固混凝土結(jié)構(gòu)用的纖維材料目前主要有三種：玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFPR)。纖維復(fù)合材料的力學(xué)特點(diǎn)是其應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。由于碳纖維材料具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學(xué)性能，以及現(xiàn)場(chǎng)施工便捷，所以是舊橋加固補(bǔ)強(qiáng)的理想材料。

普通碳纖維是以聚丙烯腈(PAN)或中間相瀝青(MPP)纖維為原料經(jīng)高溫碳化制成，碳化程度決定著諸如彈性模量、密度與導(dǎo)電性等性能。碳纖維長(zhǎng)絲直徑通常在5μm到8μm之間，并合成含3000到18000根的長(zhǎng)絲束。為改善碳纖維與基體的親和性，纖維本身要經(jīng)表面處理，形成能與基體反應(yīng)的活性基團(tuán)。

加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。

碳纖維布在編織時(shí)，將大量的碳纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。

加固混凝土構(gòu)件時(shí)，按構(gòu)件的不同受力特點(diǎn)用粘結(jié)材料將碳纖維布有序地纏繞粘貼于構(gòu)件表面，實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件變形的約束并因此提高構(gòu)件的極限強(qiáng)度和承載能力。

碳纖維布的抗拉強(qiáng)度一般為3550MPa，彈性模量為2.35×105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同，其厚度在0.11～0.43mm，幅寬在20~100cm，卷材長(zhǎng)度為50～100m。 粘結(jié)材料


粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，不會(huì)因混凝土開(kāi)裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。此外，由于舊橋加固均在野外，所以粘結(jié)材料還應(yīng)能在一般氣候條件下固化，且固化時(shí)間合適(一般保證有3小時(shí)左右)，對(duì)組分含量不敏感，具有適宜的流動(dòng)性和粘度，固化收縮率小。

粘結(jié)材料是將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時(shí)又與混凝土表面粘合的系列粘接材料。它主要包括三類(lèi)材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹(shù)脂。

1、底層涂料(底涂膠)

在處理好的混凝土表面上，涂一層很薄的底層膠，既可以浸入混凝土表面，強(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)度，又可以改進(jìn)膠接性能，從而使混凝土與碳纖維布之間的粘接性得以提高。因此要求底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結(jié)性能，以便于涂刷在混凝土表面后，膠粘劑能滲入混凝土結(jié)構(gòu)中。為保證性能，應(yīng)盡量避免使用溶劑型膠。

2、整平材料(找平膠)

碳纖維布只有與所加固補(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面緊密接觸，才能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。但混凝土表面的銳利突起物、錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角部位等都可能使碳纖維布產(chǎn)生損傷，并引起強(qiáng)度降低?；炷帘砻嫘〉哪０邋e(cuò)很難通過(guò)基底處理一道工序徹底清理。因此，在涂敷的底層涂料指觸干燥后，必須用找平膠進(jìn)行找平，同時(shí)將矩形斷面直角打磨后補(bǔ)成圓弧狀。

找平膠應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能，以及良好的施工性能與觸變性能。在施工過(guò)程中，找平膠應(yīng)易于操作，且不隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)明顯的變形，防止膠的滴掛。一般的普通環(huán)氧樹(shù)脂的粘接強(qiáng)度和強(qiáng)韌性都達(dá)不到找平膠的要求，不應(yīng)調(diào)配使用。

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