碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)研究

摘要：本文主要介紹了碳纖維復(fù)合材料的特點(diǎn)，結(jié)合碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究概況，探討了碳纖維復(fù)合材料在混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、抗震性能和抗疲勞性能等方面加固的有效性，并分析了加固混凝土結(jié)構(gòu)的主要影響因素。最后，提出了碳纖維復(fù)合材料加固理論尚需研究的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：碳纖維復(fù)合材料；加固；承載力；抗震；疲勞

1.引言

很多建筑物由于受到建造年代、結(jié)構(gòu)使用功能改變、技術(shù)條件或自然災(zāi)害等因素的影響，出現(xiàn)承載力不足、變形能力變差、抗震能力降低或抗疲勞能力下降等現(xiàn)象，不能滿足現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》的要求，因此，需要對其進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)。我國在結(jié)構(gòu)加固和補(bǔ)強(qiáng)方面做了大量的研究和實(shí)踐，工程中常用的結(jié)構(gòu)加固方法有加大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘鋼加固法和粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法等。傳統(tǒng)的加固方法整體水平比較落后、施工方法和施工工藝比較復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)的自重和使用面積有一定的影響，而粘貼碳纖維復(fù)合材料加固法具有高強(qiáng)高效、耐腐蝕、施工便捷、不增加結(jié)構(gòu)尺寸等優(yōu)點(diǎn)，在工程中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

2.碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)良性能

碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型、高效的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。工程中采用的碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用樹脂膠結(jié)材料，將碳纖維材料粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，以達(dá)到結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。

與傳統(tǒng)的加固方法相比，碳纖維加固技術(shù)具有以下的優(yōu)良性能[1]。

高強(qiáng)度高彈性模量。碳纖維的強(qiáng)度高，極限抗拉強(qiáng)度約為鋼材的10倍，彈性模量和鋼材相近。因此，在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強(qiáng)度、高彈性模量的特點(diǎn)來提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到加固修補(bǔ)的目的。

抗腐蝕能力強(qiáng)、耐久性好。碳纖維材料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因而碳纖維加固后的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗腐蝕性和耐久性，解決了其他加固方法所遇到的化學(xué)腐蝕問題；同時也免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護(hù)，節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。

熱膨脹系數(shù)小。碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)非常小，其在纖維方向的熱膨脹系數(shù)幾乎等于零，這一特性是目前其他任何材料無可比擬的，垂直于纖維方向的熱膨脹系數(shù)雖然比較大，但各向同性制品與其它材料相比又最小。

施工簡便，工作效率高。碳纖維布加固不需要大型施工機(jī)械和重型設(shè)備，施工占用場地少，無濕作業(yè)，碳纖維布柔性好，可以根據(jù)設(shè)計尺寸用剪刀或刀片將其任意裁剪，操作簡單，施工速度快。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，粘貼碳纖維的加固工效是粘貼鋼板加固工效的4～8倍。

施工質(zhì)量易于保證。碳纖維布是柔性材料，即使被加固構(gòu)件的表面不是非常平整，經(jīng)過修補(bǔ)后，有效粘貼率可達(dá)到95%以上。

對結(jié)構(gòu)影響小。碳纖維材料重量輕，厚度薄，經(jīng)加固修補(bǔ)后的構(gòu)件，基本上不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸，不影響結(jié)構(gòu)的使用空間。

適用范圍廣。可用于不同結(jié)構(gòu)類型、不同結(jié)構(gòu)形狀、不同材料的構(gòu)件加固，也可用于構(gòu)件的不同部位及不同薄弱因素的加固。尤其重要的是，對于一些大型土木工程結(jié)構(gòu)，如大型橋梁的橋墩、梁及橋面板，隧道等，采用舊的加固手段幾乎不能實(shí)施，而采用該項(xiàng)加固技術(shù)卻能順利的解決。

除此之外，碳纖維材料還有其他的一些優(yōu)勢，如透電磁波、絕緣、隔熱等，這就使得碳纖維加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)加固方面產(chǎn)生良好的綜合效益。

3.碳纖維復(fù)合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)的研究

在實(shí)際工程中，用來加固的碳纖維材料主要是碳纖維布。碳纖維布加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用已較成熟，主要集中在以下幾個方面。

提高受剪承載力