1.碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理

外貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土技術(shù)是通過(guò)在混凝土結(jié)構(gòu)外部粘貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料片材，通過(guò)二者協(xié)同受力,，達(dá)到加固目的,。碳纖維材料具有高強(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,。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所有碳纖維材料主要為兩種：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,。

2.采用碳纖維布加固具有的優(yōu)點(diǎn)：

采用碳纖維布加固結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)高效的優(yōu)點(diǎn),。由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能，在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延展性,，改善其受力性能,，達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的,。施工便捷,，工效高，無(wú)濕作業(yè),，不需大型施工機(jī)具,，施工占用場(chǎng)地少。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,，同為粘貼加固工法,，粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的4-8倍。具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性,。試驗(yàn)表明,，碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抗御建筑物經(jīng)常遇到的酸,、堿,、鹽對(duì)結(jié)構(gòu)物的腐蝕。適用面廣,。粘貼碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)可廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型(如建筑物,、構(gòu)筑物、橋梁,、隧道等),、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形,、曲面結(jié)構(gòu)等),、各種結(jié)構(gòu)部位(如梁,、板、柱,、節(jié)點(diǎn),、拱、殼,、墩等)的加固修補(bǔ),，且不改變結(jié)構(gòu)形狀，這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的,。尤其重要的是,，對(duì)于一些大型橋梁橋墩、橋梁,、橋板以及隧道,、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工程等，采用舊的加固手段幾乎無(wú)法實(shí)施,，而采用該項(xiàng)加固技術(shù)都能順利解決,，施工質(zhì)量易保證。由于碳纖維材料是柔性的,，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以達(dá)到100％的有效粘貼率,，而粘貼鋼板則很難達(dá)到100％的有效粘貼面，相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也只要求其達(dá)到70％就可以了,。碳纖維材料質(zhì)量輕且薄,，粘貼后每平方米重量不到1.0kg，粘貼一層的厚度僅1.0mm左右,，加固修補(bǔ)后基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸,。

3.碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固方面的運(yùn)用

3.1碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固適用范圍

碳纖維材料適用于各種結(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),；另外,，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。具體說(shuō)來(lái)可以但不限制于：利用碳纖維加固公路橋敦結(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、樓宇增層加固,、框架柱軸壓比超限加固,、樓板開(kāi)裂加固、剪力墻開(kāi)洞加固,、樓面荷載增大加固,、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水塔加固等等,。

3.2碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范

采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),，應(yīng)通過(guò)配套粘結(jié)材料將碳纖維片材粘貼在一起，使碳纖維片材承受拉力,，并與混凝土變形協(xié)調(diào),，共同受力。

3.3碳纖維片材可采用下列方式對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固：

在梁,、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進(jìn)行受彎加固,，纖維方向與加固處的受拉方向一致；采用封閉式粘貼,、U形粘貼或側(cè)面粘貼對(duì)梁,、柱構(gòu)件進(jìn)行受剪加固,，纖維方向宜與構(gòu)件軸向垂直,；采用封閉式粘貼對(duì)柱進(jìn)行抗震加固，纖維方向與柱軸向垂,；當(dāng)有可靠依據(jù)時(shí),，碳纖維片材也可用采用其它形式或其它受力狀況的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固；采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),，應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算,；鋼筋和混凝土材料，根據(jù)檢測(cè)得到的實(shí)際強(qiáng)度,，按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定其相應(yīng)的材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo),；碳纖維片材應(yīng)根據(jù)構(gòu)件達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)的應(yīng)變，按線彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定其相應(yīng)的應(yīng)力,；碳纖維片材應(yīng)取生產(chǎn)廠提供的不小于95%保證率的極限抗拉強(qiáng)度作為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,；當(dāng)采用粘貼碳纖維片材對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)考慮加固后對(duì)結(jié)構(gòu)中其它構(gòu)件或構(gòu)件的其它性能可能產(chǎn)生的影響,；采用粘貼碳纖維片材進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時(shí),，宜卸除作用在結(jié)構(gòu)上的活荷載,。如不能在完全卸載條件下進(jìn)行加固，應(yīng)考慮二次受力的影響,；在受彎加固和受剪加固時(shí),，被加固混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于Cl5。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí),，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10,。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著碳纖維加工技術(shù)的普及，我國(guó)各種應(yīng)用占碳纖維率需求比例不斷上升,，從這個(gè)角度上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景,，也許在未來(lái)人類(lèi)社會(huì)在材料應(yīng)用上會(huì)從鋼鐵時(shí)代進(jìn)入到一個(gè)碳纖維材料廣泛應(yīng)用的時(shí)代。