1 材料 碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的7倍-9倍，抗拉彈性模量為23 000 MPa-43 000 MPa，亦高于鋼。因此，CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達2000 MPa/(g*m3)以上，而A3鋼的比強度僅為59 MPa/(g*m3) 左右，其比模量也比鋼高。碳纖維和石墨纖維一般統(tǒng)稱為碳纖維，含碳量都在95%以上，目前具有工業(yè)意義的原絲僅有聚丙烯睛纖維(PAN)和中間相瀝青，各國生產(chǎn)碳纖維主要是以聚丙烯睛纖維為原料，經(jīng)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲(直徑5 pm--10 pm)。我國CECS 146-2003碳纖維QD片材加固混凝土結構技術規(guī)程規(guī)定的碳纖維布的主要力學性能指標要求如表1所示。 2 碳纖維布的加固原理 用于 建 筑 結構加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍;但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又要確保碳纖維布與結構共同工作，從而達到加固的目的。 3 適宜的承載力加固類型 3.1 碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構件 鋼筋混凝土受彎構件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很小;在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快;而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現(xiàn)。但通過粘貼碳纖維布提高的承載力應受到限制(不大于40%加固前的承載力)。 碳維片材用于受彎構件正截面加固的破壞形態(tài):1)端部剝離破壞，研究表明，在靠近支座端部的片材與基層之間會有很大的端部剪力存在，使得片材與基層剝離，從而使碳纖維不能與原結構共同受力，失去加固作用。2)彎曲裂縫剝離，在已開裂的部位，裂縫兩邊膠中有很高的剪應力存在，使得裂縫兩邊的片材容易剝離。3)碳纖維拉斷，同時鋼筋屈服。4)碳纖維不拉斷，鋼筋不屈服，壓區(qū)破壞。5)鋼筋屈服，碳纖維不拉斷，壓區(qū)破壞。 3.2 碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構件 鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區(qū)， 這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較小;在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。 4 技術要點 4.1 操作要求 4.1.1 卸荷 加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。 4.1.2 基底處理 1)混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進行修復。2)裂縫部位應首先進行封閉處理。3)用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R>=10 mm).4)用吹風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。 4.1.3 涂底膠(FP膠) 1)按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。一般情況下1h內(nèi)用完。2)用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準)再進行下一工序施工。一般固化時間為2 d-3 d. 4.1.4 找平 1)混凝土表面凹陷部位應用FE膠填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應用FE膠填補，盡量減小高度差。2)轉(zhuǎn)角處也應用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10 mm. 4.1.5 粘貼 I)按設計要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，特殊要求，碳纖維布長度應在3m之內(nèi)。2)調(diào)配、攪拌粘貼材料FR膠(使用方法與底膠FP相同)，然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。3)粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，用特制滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥后方可進行下一層的粘貼。4)在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹FR膠。5)碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。 4.1.6 保護 加固后的碳纖維布表面應采取抹灰或噴防火涂料進行保護。 4.2 加固施工要點 1)加固前的卸荷，此項工作往往被忽視，混凝土構件在負荷外包CFRP時，外包CFRP相對于混凝土表面存在應變滯后，常發(fā)生CFRP尚未被拉斷混凝土已被壓壞的情況，這種效應使得 CFRP的補強效果降低，不能充分發(fā)揮CFRP的高強抗拉性能。 2)鋼 筋 混 凝土結構拐角倒角的半徑不得小于20mm，減輕角部CFRP的集中應力，很多試驗表明，即使如此CFRP的破壞仍然發(fā)生在拐角部位。 3)混凝土構件表面的修復工作極為重要，其直接影響CFRP 對混凝土傳力或約束效果。 4)C F R P 要粘貼牢固，防止剝離，常見的有端部剝離、彎曲裂縫剝離等;否則起不到加固作用或效果不明顯。 5 主要優(yōu)點 1)強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在35 00M Pa以上，遠高于鋼材;抗拉彈性模量為230 000 MPa-430 000 MPa，亦高于鋼材。因此它的比強度(即材料的強度與其密度之比)可達到2 000 MPa/(g*m3)以上，而Q235鋼的比強度僅為59 MPa/(g*m3) 左右，比模量也比鋼材高。 2)施工簡便、快捷。使用碳纖維加固構件不需大型施工機構及周轉(zhuǎn)材料，易于操作，施工周期短，經(jīng)濟性好。 3)抗酸堿鹽類介質(zhì)的腐蝕，應用面廣。加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性，可以應用于各種工作環(huán)境的構件加固。 4)可以有效地封閉混凝土結構的裂縫，延長結構的使用壽命。 5)易于保持結構原狀，基本不增加結構自重及截面尺寸。 6)自重輕(約200g /mz)，基本不增加結構自重及截面尺寸; 柔性好，易于裁剪，適用范圍廣。 7)施工工期短。 6 結語 由于碳纖維的上述優(yōu)點，故它在大跨度橋梁特別是立交中得到廣泛應用。廣州花地立交橋加固、廣州解放北立交橋 加固和廣州客村立交加固就采用了碳纖維進行梁底和梁側(cè)加固。

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文章來源： 永年加固公司
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