维普资讯 http://www.cqvip.com 科技信息 ０建筑与工程０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２００８年第２期 谈碳纤维布加固混凝土结构技术 （１．河南工业大学【摘河南郑州宋海威’梅清良 ４５００５２；２．河南公路港务局 ＂－７南郑州４５００４５） 要】本文介绍了碳纤维增强聚合物（ＣＦＲＰ）的性能特点以及其补强方式、加固机理、加固施＿Ｔ－＿Ｔ－艺及加固技术的适用范围，分析了碳 纤维加固技术存在的一些问题．提出了该技术的发展方向。 【关键词】碳纤维增强聚合物；混凝土结构；加固机理 用，应变增长迅速加快．其高强高效的性能得以充分体现。 概述 ３．１．２碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件 钢筋混凝土的抗剪加 碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术是将碳纤维这种高性 能纤维材料应用于土木工程．利用与其相配套的树脂类粘结剂（建筑 固，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维的作用类似于箍筋。 碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小； 结构胶）将碳纤维粘贴到结构或构件需要加固的部位表面形成复合材 在构件屈服前，料体，通过其与结构或构件的协同工作，来提高结构或构件的承载力 在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加 一、快．应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变 和延性的一种新型加固工法。 采用碳纤维加固的混凝土结构，屈服荷载和极限承载力都有明显 发展缓慢。 ３．１．３碳纤维加固钢筋混凝土抗压构件 应用碳纤维对混凝土抗 提高，碳纤维高强高弹模的特性对结构的刚度提高也有所贡献，结构 破坏形式明显改善，从脆性破坏向延性破坏转变。 压构件进行抗震加固，是通过用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土抗压构 件来提高其延性而实现的。碳纤维的主要作用是对其内部混凝土起到 二、碳纤维材料及其性能特点 （Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ 了约束作用，这种约束是一种被动约束，随着混凝土抗压构件轴向压 Ｐｏｌｙｍｅｒ，简称ＣＦＲＰ），是把聚丙烯晴、人造纤维、石油或煤沥青、苯酚树 力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提高侧向 脂等原料．在不活泼气体中经２０００℃～３０００℃的高温烧成纺线形状，并 约束力。碳纤维又称碳纤维增强复合材料３．２碳纤维加固适用范围碳纤维加固修补技术可以广泛地适用 碳纤维成品可以制成不同的型材如纤维布、纤维板、棒材、短纤维 于多种材料ｆ钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等），各种类型（如建筑 等，根据不同工程的不同部位和需要而定。我国￣（ＣＥＣＳ１４６—２００３碳纤 物、构筑物、桥梁、隧道、涵洞、烟囱等），各种结构形状（如矩形、圆形、曲 壳、墩等）的加固修补，且 维片材加固混凝土结构技术规程》规定的碳纤维布的主要力学性能指 面结构等），各种结构部位（如梁、板、柱、节点、不改变结构形状及不影响结构外观。 标要求有：碳纤维片抗拉强度标准值不小于３０００Ｍｐａ，弹性模量不小 ３．３碳纤维加固施工工艺碳纤维加固特点因结构构件类型而有 于２．１ｘｌ０５Ｍｐａ．伸长率不小于１．５％；碳纤维板抗拉强度标准值不小于 所区别．但其施工工艺基本类似。步骤如下： ２０００Ｍｐａ，弹性模量不小于１．４ｘｌ０５Ｍｐａ，伸长率不小于１．５％。 使其碳素化而制造出来的高性能无机纤维。 （１）构件表面处理。先用砂轮机将被粘接构件表面处理得符合要 碳纤维增强复合材料是一种理想的新型复合材料，与传统的结构 求，如果其中有缺陷要修复平整，露出原结构层，在涂刷底胶树脂前表 加固材料相比，碳纤维加固材料具有明显的性能优势，主要表现在： ２）涂底胶树脂。根据气温及施工粘接构件的具 １．强度高。由于碳纤维材料具有很高的强度ｆ其抗拉强度约为普通 面再用丙酮清洗一遍。ｆ体隋况，决定涂敷的厚度。要使底胶树脂渗入构件表面孔隙中，以确保 钢筋强度的ｌ０多倍），在加固修补结构中可以充分利用其高强度、高弹 或布材）充分粘合。底胶树脂自然风干，做好保护，避免被 性模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性．改善其受力性能， 构件与片材（水污染。（３）修补平整。用找平材料填补不平部位，使其无棱在转角处， 达到高效加固修补的目的。 ４）粘贴碳纤 ２．施工简便，工效高。没有湿作业，不需要大型施工机具，施工占 使用找平材料修复为光滑弧，以避免片材（或布材）损伤。（或布材）， 用场地少。现场使用时可根据需要用剪刀或刀片将其任意裁剪。施工 维片材（或布材）。首先根据需要剪裁所需尺寸和形状的片材（再配制胶液。一次配胶量要以可使用期限内施工所需量为限，最后进 方法简便，质量容易保证，功效高。 ３．耐腐蚀性能及耐久性能良好。试验表明．碳纤维材料加固修补 行粘贴。滚压时不得损伤碳纤维片材，最终使片材与粘结树脂紧密结 混凝土结构有良好的耐腐蚀性能及耐久性能．可以抵御建筑物遇到的 合。各种酸、碱、盐对结构物的腐蚀。使用该种加固修补方法对结构进行处 理后，维护费用较低，而且其本身也可以对内部混凝土结构起到保护 作用。 四、碳纤维加固的展望 粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为 广泛的应用，并已产生较大的经济效益，我国已经制定了相关的技术 （ＣＥＣＳ１４６—２００３碳纤维片材加固混凝土结构技术规 ４．施工质量容易保证。从材料本身来讲，由于碳纤维材料是柔性 标准及规程（即（ 的，即使被加固结构的表面不是非常平整也能够基本保证较高的有效 程》），为这门技术的应用和健康发展奠定了基础。随着人们对碳纤维材料的进一步深入研究以及碳纤维加固技术 粘贴率，即使粘贴后发现局部有气泡，也可将树脂用注射器注入气泡 的推广和实践，碳纤维加固的不足会逐步得到克服，碳纤维材料的性 中，将空气赶走就可以了。而其它加固方法很难达到这样的效果。 ５．对结构的影响小。碳纤维材料质量轻且厚度薄．粘贴后每平方 能会更加优良，碳纤维加固理论及加固技术将逐步走向成熟，碳纤维 米重量不到ｌ＿０千克（包括树脂重量），一层粘贴后厚度仅０．１ｍｍ左右， 加固技术在工程加固领域将扮演越来越重要的角色。随着国家对建材 市场环保低耗的要求，今后研究、开发和应用新型碳纤维增强系列材 加固修补后基本上不增加原结构的自重和原结构尺寸。 ６．耐疲劳性能好。一般金属的疲劳强度为其抗拉强度的４０％～ 料是建筑业可持续发展的必然趋势。ｔ ５０％，而碳纤维材料可达７０％～８０％。 三、碳纤维的补强方式、加固机理分析、适用范围和施工工 【参考文献】 ［１］叶列平，赵树红，李全旺等，碳纤维布加固混凝土柱受剪承载力计算。建筑结 艺 构学报，２０００（２）． ９０年代，我国的些科研院所及高等院校也开始了相关研究，并逐 ［２］岳清瑞，我国碳纤维增强材料（ＣＦＲＰ））ｈｌ固修复土本建筑结构技术研究应用 步在一些常用结构构件加固理论与实践方面取得了一定的科研成果． 制定了相关的技术标准和应用规程 ３．１加固机理分析 现状与展望［Ａ］混凝土结构学术交流会［ｃ】，２０００ 作者简介：宋海威（１９７９—１２），男，河南，学士，主要从事河南工业大学新校 ３．１．１碳纤维加固钢筋混凝土抗弯构件钢筋混凝土受弯构件的 区建设的＿Ｔ－作。 抗弯加固，是通过将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的 梅清良（１９７８—１０），男，河南，学士，河南公路港务局基建办公室＿Ｔ－作。 受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区 混凝土开裂前，碳纤维的应变很小；在混凝土开裂后．碳纤维布逐渐参 与共同工作，应变增长加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作 ［责任编辑：张新雷】 １０９