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概 述  碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，是利用碳纖維布或碳纖維板材來(lái)粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的表面,，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固和補(bǔ)強(qiáng)的一種新型技術(shù),。由于建筑工程的使用年限較長(zhǎng)，部分工程存在因設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低而造成的遺留問(wèn)題,，而且部分工程的使用環(huán)境也較為復(fù)雜,，建筑結(jié)構(gòu)大多數(shù)長(zhǎng)時(shí)間暴露在外界環(huán)境中，受到溫度,、雨水,、大氣等環(huán)境因素的侵蝕，在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中,，混凝土梁柱會(huì)出現(xiàn)承載力下降等問(wèn)題,，安全性能也呈現(xiàn)不同程度的降低,。 碳纖維材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng),、耐腐蝕,、抗疲勞性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在建筑工程的補(bǔ)強(qiáng)和加固方面有著巨大的優(yōu)勢(shì),。常用加固補(bǔ)強(qiáng)材料包括碳纖維布,、碳纖維板材等。碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)是利用碳纖維布捆綁混凝土梁,、柱,，從而實(shí)現(xiàn)承重加固補(bǔ)強(qiáng)的技術(shù)。碳纖維板材主要是將碳纖維材料與樹(shù)脂浸漬后,，通過(guò)在固定模具中連續(xù)拉擠成型后制得,，具有高強(qiáng)度和高彈性模量的特點(diǎn)，在建筑中具有施工方便快捷的特點(diǎn),，碳纖維承擔(dān)了主要的應(yīng)力,，具有較高的強(qiáng)度，樹(shù)脂的作用是抵抗外界的侵蝕,，其整體的性能受到纖維和樹(shù)脂直接黏合效果的應(yīng)用,。碳纖維板材的加固方法主要是將板材粘貼于構(gòu)件的受力部位，提高該區(qū)域的承受力,，從而提高構(gòu)件的抗彎和抗剪能力,。 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)材料 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)原理 碳纖維材料對(duì)于建筑工程的加固維修主要就是對(duì)其的抗彎加固，即碳纖維材料與鋼筋混凝土共同承擔(dān)荷載,，從而提高建筑物的承載能力,。其次就是對(duì)于建筑工程的抗剪加固，即用碳纖維材料約束混凝土,，從而減少混凝土在剪力作用下出現(xiàn)裂縫以達(dá)到提高抗剪強(qiáng)度的作用,。另外還有就是對(duì)于建筑物的抗壓加固，即利用碳纖維材料本身的特性來(lái)約束建筑物混凝土的徑向變形,，從而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,。將碳纖維材料與建筑材料結(jié)合，可以有效地提高建筑材料的抗彎,、抗剪和承載能力,，碳纖維和建筑材料可形成整體受力結(jié)構(gòu)，碳纖維的存在有效分散了載荷,， 具體的加固原理包括以下幾個(gè)方面: (1) 提高建筑材料延性,。碳纖維材料在使用過(guò)程中往往是粘貼在構(gòu)件之上，此時(shí)碳纖維對(duì)于構(gòu)件形成約束作用,，在受到外力作用時(shí),，碳纖維和混凝土材料可以協(xié)同對(duì)抗外界作用力,，提高了建筑材料的耐壓能力，有效地延緩構(gòu)件達(dá)到破壞所用的時(shí)間,，改善建筑整體的抗震能力,。 (2) 加固抗彎構(gòu)件。將碳纖維材料用于建筑中的彎曲構(gòu)件中,，可以提高構(gòu)件的抗彎能力,，并可以對(duì)傳統(tǒng)鋼筋材料進(jìn)行補(bǔ)充或替代。在構(gòu)件受到外界作用力時(shí),，如果應(yīng)力較小,，未造成開(kāi)裂現(xiàn)象，則構(gòu)件和碳纖維的應(yīng)變都很小,，如果作用力較大,，使得構(gòu)件出現(xiàn)開(kāi)裂，碳纖維就會(huì)發(fā)揮作用,，碳纖維的應(yīng)變會(huì)增加,，抑制構(gòu)件開(kāi)裂的趨勢(shì)，如果外力繼續(xù)增加達(dá)到了鋼筋的屈服點(diǎn),，此時(shí)鋼筋失去其作用,，而碳纖維由于受到巨大外力的作用，應(yīng)變?cè)黾颖憩F(xiàn)出超高強(qiáng)度的特征,，使得材料的整體抗彎能力得到大幅度提高,。 (3) 加固抗剪構(gòu)件,。在受到剪切作用力頻繁的構(gòu)件中,，碳纖維可以起到箍筋的作用， 使得材料在受到外界較大剪切力作用時(shí),，可以對(duì)構(gòu)件提供有效的約束作用,，不至于在短時(shí)間內(nèi)遭到破壞。 承重建筑結(jié)構(gòu)的碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng) 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)特征 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)主要特征有四個(gè)方面: 其一,， 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的拉伸強(qiáng)度更高,。外包鋼加固法是加固混凝土的傳統(tǒng)方法，其技術(shù)邏輯是利用鋼材的強(qiáng)度增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度,。碳纖維布是采用復(fù)合材料制作的加固材料,，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到7.0 GPa，是普通鋼材的 12倍,。 其二,，碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的抗腐蝕性更強(qiáng)。在潮濕,、酸性高的環(huán)境下,，鋼材等加固材料極易受到腐蝕,，因此其使用范圍受到了較大的限制。碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)并未使用金屬材料,，因此其具有較強(qiáng)的抗腐蝕性,，并可在充滿化學(xué)氣體的環(huán)境下長(zhǎng)期使用。 其三,，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫隙加固,。鋼材金屬類加固材料的彎曲度較差，拐角,、凸起等部位極易出現(xiàn)縫隙,。碳纖維布是柔性材料，因此其可應(yīng)對(duì)復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu),，從而使建筑物的受力更加均勻,。 其四，施工流程更加便捷,。碳纖維材料的占地面積較小并且重量較輕,，因此其搬運(yùn)過(guò)程不需要耗費(fèi)過(guò)多的人力。同時(shí)碳纖維材料不需要提前塑型,，因此其操作設(shè)備較少,，施工人員可以三人為一小組。 碳纖維建筑加固常見(jiàn)問(wèn)題 碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的常見(jiàn)問(wèn)題主要有四個(gè)方面: 首先,，碳纖維加固材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不合格,。這一問(wèn)題主要來(lái)自于采購(gòu)環(huán)節(jié)，碳纖維加固技術(shù)是一種補(bǔ)充性修復(fù)措施,，部分施工單位對(duì)于該措施的重視程度不足,， 因此使用價(jià)格低廉或前期施工存留的材料。 其次,，混凝土表面打磨不規(guī)范,。打磨混凝土表面，是該項(xiàng)施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié),。表面不均勻?qū)⑹固祭w維與混凝土表面出現(xiàn)縫隙,，這一問(wèn)題不僅會(huì)降低整體的抗拉強(qiáng)度，也會(huì)使碳纖維布在長(zhǎng)期使用的過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂,。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜或操作空間狹小的環(huán)境下,，施工人員更易出現(xiàn)打磨不均勻等問(wèn)題。 再次,，膠體配比,、攪拌不合格。混凝土的裂縫處需要填充膠體,，其表面也需要涂抹粘貼劑,，這部分膠體都需要均勻調(diào)配、攪拌,。但部分設(shè)備不全的施工現(xiàn)場(chǎng)極易在這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題,。 最后，碳纖維布受損,。碳纖維布的拉力部分來(lái)源于其整體的張力,， 因此碳纖維布的邊緣都得到了強(qiáng)化處理。若在施工或搬運(yùn)的過(guò)程中出現(xiàn)橫向破損,，將使其拉力受到破壞,。 碳纖維建筑加固應(yīng)用范圍 碳纖維加固技術(shù)可以應(yīng)用在建筑工程中的各個(gè)部位，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行維修加固,，保證建筑工程的質(zhì)量和安全穩(wěn)定性,。首先碳纖維加固技術(shù)可以應(yīng)用在建筑物的兩個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的相互結(jié)合處從而保證結(jié)合處的質(zhì)量和安全穩(wěn)定性，比如應(yīng)用在橋梁和橋墩的結(jié)合處,。其次就是還可以應(yīng)用在建筑物混凝土結(jié)構(gòu)的重要部位來(lái)保證其的質(zhì)量,，例如混凝土梁、混凝土柱,、混凝土板等,，從而提高他們的抗剪強(qiáng)度和抗震性能。還可以應(yīng)用在一些磚砌體結(jié)構(gòu)中,，從而提高其的穩(wěn)定性和質(zhì)量,。 在建筑工程中最為常見(jiàn)的也是最為重要的就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用碳纖維混凝土可以有效的提高混凝土外墻的質(zhì)量,。應(yīng)用碳纖維混凝土可以有效的增加混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)力和摩擦力,，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。與此同時(shí),，碳纖維混凝土應(yīng)用在混凝土加固中還能夠有效的提高整個(gè)建筑物的耐酸性和耐堿性,，保證混凝土結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)不會(huì)發(fā)生太大的變化,，防止混凝土裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn),。 在建筑工程施工建設(shè)的過(guò)程之中還有一種較為常用的碳纖維材料即碳纖維板材。碳纖維板材通常使用在建筑物的外表面,，從而提高建筑物的耐久性,。碳纖維板材本身的化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性就比較好，它具有極好的耐熱性和耐腐蝕性能,，并且其的保溫隔熱性能十分的理想,，不易燃燒，作為建筑物外墻材料是十分理想的。與此同時(shí),，碳纖維板材造型美觀,，結(jié)構(gòu)輕便，不需要對(duì)其進(jìn)行二次裝飾,，這也是被廣泛的應(yīng)用在建筑物外墻的一個(gè)重要原因,。另外還有就是碳纖維板材還可以使用在已有建筑物的鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)部位的維修加固中，它能夠極大的提高鋼筋混凝土建筑的耐久性,，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命,，提高建筑物的安全穩(wěn)定性。 碳纖維建筑加固補(bǔ)強(qiáng)流程 前期準(zhǔn)備 碳纖維加固技術(shù)的前期準(zhǔn)備主要分為三個(gè)部分,。一是承重分析,。在這一過(guò)程中， 設(shè)計(jì)人員將依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，對(duì)建筑工程的載重量進(jìn)行計(jì)算,，從而確定施工圖紙與技術(shù)要求。二是進(jìn)場(chǎng)交底,。在這一過(guò)程中,，施工單位將攜主要技術(shù)人員與設(shè)計(jì)部門進(jìn)行交接，并制定施工計(jì)劃,。三是材料與設(shè)備進(jìn)場(chǎng),。施工材料主要包含碳纖維布、混凝土裂縫填充物( 膩?zhàn)踊蚰z體等) ,、粘合劑,， 膠帶等。施工設(shè)備主要有角磨機(jī),、滾刷,、攪拌器、切割機(jī),、砂紙等,。
打磨混凝土表面，是極為關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié),。在施工中,，施工人員首先要確定表面基線，并以此為基準(zhǔn)利用角磨機(jī)對(duì)表面凸起物進(jìn)行處理,。針對(duì)拐角等復(fù)雜結(jié)構(gòu),， 施工人員可利用砂紙等工具進(jìn)行手動(dòng)清除。在混凝土表面平整后,，施工人員可利用清洗劑對(duì)其進(jìn)行二次處理,。混凝土表面存在較多的顆粒，這部分顆粒將對(duì)碳纖維布的粘貼帶來(lái)負(fù)面影響,。 填充混凝土裂縫 混凝土表面通常會(huì)存在一些裂縫,，在涂刷底漆前要對(duì)其進(jìn)行處理。針對(duì)缺損較為嚴(yán)重的部分,，施工單位可利用膩?zhàn)舆M(jìn)行表面修補(bǔ),，在具體的使用中也可增加固化劑，以提升膩?zhàn)拥哪趟俣?。針?duì)小于0.2 mm 的裂縫,，施工單位可利用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面密封。而超過(guò) 0.2mm 的裂縫可利用環(huán)氧樹(shù)脂膠填充,。之后,，施工單位應(yīng)當(dāng)對(duì)填充表面進(jìn)行打磨、清洗,。
涂刷底膠通常要在-5 ℃以上的溫度環(huán)境下進(jìn)行,，其具體的涂刷方式可依據(jù)材料的不同分為三種。其一是 bayashi-Mitsubishi法,，該方法需要在混凝土表面涂刷底漆,，并在修復(fù)加固結(jié)構(gòu)的表面涂刷樹(shù)脂漆。此種方法適用于 Repiark 碳纖維布,，在粘貼時(shí)也要在布內(nèi)側(cè)涂刷樹(shù)脂,。其二是 Mbrace法，該方法需要在混凝土表面涂刷Mbrace 底漆,，并再次涂刷浸漬劑,。而 Mbrace 碳纖維布可直接粘貼紙至涂料表面。其三是SIKA 法,，該方法需要在混凝土表面涂刷 Sikadur 粘結(jié)劑,并將碳纖維條涂刷環(huán)氧樹(shù)脂,。之后應(yīng)在 24 h 內(nèi)對(duì)其進(jìn)行固定。
在粘貼碳纖維布的過(guò)程中,，施工人員應(yīng)當(dāng)將碳纖維布的切割長(zhǎng)度限制在 6 m 以內(nèi),，以減少纏裹過(guò)程中造成的損害。部分需要涂刷膠體的粘貼方式,，應(yīng)預(yù)留寬敞通風(fēng)的存放處,。在切割的過(guò)程中，施工人員要利用鋒利刀具一次性切割,，以避免出現(xiàn)損傷,。在具體的粘貼過(guò)程中,，各布條的搭接處應(yīng)不低于20 cm,。施工人員應(yīng)當(dāng)利用手工操作的方式， 排除連接處的氣泡， 并在粘貼結(jié)束后利用膠帶等固定物對(duì)其進(jìn)行纏繞,。
涂裝防火層是加裝碳纖維加固技術(shù)的最后環(huán)節(jié),。在實(shí)施該環(huán)節(jié)的過(guò)程中，施工人員應(yīng)當(dāng)在碳纖維布即將固化的階段,，涂刷防火涂層,。這樣的施工技術(shù)更有利于防火涂層與膠體的粘結(jié)，其耐用性將得到提升,。 碳纖維建筑加固施工注意事項(xiàng) 碳纖維在施工過(guò)程中需要考慮的參數(shù)較多,，要求嚴(yán)格控制各項(xiàng)數(shù)據(jù)的相關(guān)要求。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn): 碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng) 碳纖維建筑加固前景與展望  碳纖維加固技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，通過(guò)碳纖維本身的高強(qiáng)度有效地提高了建筑構(gòu)件整體的質(zhì)量和耐用性能,。而且,，在施工過(guò)程中方便快捷，施工成本低,，后期的維護(hù)成本低,，提高了建筑材料的穩(wěn)定性，可以帶來(lái)廣泛的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,。隨著研究的進(jìn)一步增加,，未來(lái)其應(yīng)用前景會(huì)更加廣闊。未來(lái)碳纖維在建筑工程中的應(yīng)用需要注意以下幾個(gè)方面: (1) 重視碳纖維混凝土的使用 未來(lái)建筑領(lǐng)域必將面臨重要的變革和創(chuàng)新,，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的新要求必將對(duì)材料提出新的挑戰(zhàn),，而碳纖維作為高性能材料，必將發(fā)揮出越來(lái)越大的作用,。因此,，未來(lái)的施工中應(yīng)當(dāng)加大碳纖維復(fù)合材料的使用，提高整體的工程質(zhì)量,。 (2) 注重碳纖維材料應(yīng)用的創(chuàng)新性 由于碳纖維材料在施工過(guò)程中要求較高,， 因此必須在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上,，提高創(chuàng)新意識(shí)，探索新型的成型和施工方法,，盡可能地發(fā)揮出碳纖維的最大性能和價(jià)值,，為以后的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。 (3) 營(yíng)造良好的應(yīng)用環(huán)境 加大對(duì)碳纖維新型材料的使用和宣傳力度,， 重視對(duì)碳纖維的科學(xué)應(yīng)用和開(kāi)發(fā),， 并使之成為一種趨勢(shì)，讓人們接受這種新材料,，為推廣該技術(shù)創(chuàng)造良好的環(huán)境,。 (4) 嚴(yán)格遵循標(biāo)準(zhǔn) 在碳纖維的使用中應(yīng)嚴(yán)格遵循各種標(biāo)準(zhǔn)的要求，包括碳纖維的使用標(biāo)準(zhǔn)和施工標(biāo)準(zhǔn),，特別是對(duì)于施工過(guò)程中細(xì)節(jié)的管控,，保證施工質(zhì)量。 （轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處） 參考文獻(xiàn)： 郭曉紅,，《關(guān)于碳纖維加固技術(shù)在市政工程應(yīng)用領(lǐng)域的研究》 佟穎,，《碳纖維增強(qiáng)材料在建筑工程中的應(yīng)用》 張建豐，《碳纖維加固技術(shù)在建筑工程方面的應(yīng)用》 |
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