浅谈碳纤维布加固混凝土结构的技术原理

浅谈碳纤维布加固混凝土结构的技术原理【摘要】本文主主要介绍了碳碳纤维片材的的技术特点、加加固原理及其其在各类混凝凝土结构构件件加固中的机机理作用。【关键词】碳碳纤维、粘结结材料、加固固1．前言碳纤维增强材料料，简称碳纤纤维，是近十十年来在发达达国家新兴的的一种加固混混凝土结构的的新材料，以以其优异的力力学性能在工工程领域日渐渐受宠，被人人们称为“结构加固的的新星”。采用碳纤纤维加固技术术具有如下几几个特点：1.1强度高。碳碳纤维片材的的抗拉强度一一般都在35500MPaa以上，远高于于钢材；抗拉弹性性模量为2330000～4300000MPa，亦高于钢材。因此它的的比强度（即即材料的强度度与其密度之之比）可达到到2000MMPa/g//cm3以上，而Q2235钢的比比强度仅为59MPa/gg/cm3左右，比模模量也比钢材材高。1.2施工简便、快快捷。使用碳碳纤维加固构构件不需大型型施工机构及及周转材料，易易于操作，施施工周期短，经经济性好。1.3抗酸碱盐类类介质的腐蚀蚀，应用面广广。加固后能能大大提高结结构的耐腐蚀蚀性及耐久性性，可以应用用于各种工作作环境的构件件加固。1.4可以有有效的封闭混混凝土结构的的裂缝，延长长结构的使用用寿命。1.5易于保持结结构原状，基基本不增加结结构自重及截截面尺寸。2．材料碳纤维加固钢筋筋混凝土技术术所涉及的材材料主要有两两种：一是碳碳纤维布；二二是配套树脂脂类粘结材料料。2.1碳纤维增增强材料（CFRP）CFRPP乃英文CarboonFibbireRReinfoorcemeentPoolymerr的首字母缩缩写，意为碳碳纤维增强材材料。碳纤维维丝的产生，是是通过氧化有有机聚合物（通通常是聚丙稀稀硝胺纤维或或乳化沥青），只只留下碳素材材料，其碳原原子沿原有纤纤维长度排列列整齐而形成成碳素纤维。每每根碳纤维丝丝由3000～12000个碳原子丝丝以绞线或麻麻绳的方式排排列而成，其其粗细仅相当当于人的1根头发丝。碳纤维成品可以以制成不同的的型材如纤维维布、纤维板板、棒材、短短纤维等，根根据不同工程程的不同部位位和需要而定定。在加固工工程中应用量量最大和最普普通的还是碳碳纤维布（片片材）。表1列出了我国国《CECS1146－2003碳纤维片材材加固混凝土土结构技术规规程》规定的的碳纤维布的的主要力学性性能指标要求求。表1碳纤维片片材的主要力力学性能指标标性能项目碳纤维片碳纤维板抗拉强度标准值值fcfk≥3000MPPa≥2000MMPa弹性模量Ecff≥2.1x1005MPa≥1.4x1005MPa伸长率≥1.5％≥1.5％2.2配套树脂脂类粘结材料料（粘结剂）粘结材料是施工工成功的重要要保证。为了了使被加固构构件与碳纤维维布共同受力力，要求粘结结剂对被粘贴贴界面和碳纤纤布有较高的粘结力力和强度，抗抗拉、抗压特特别是粘贴抗抗剪强度应高高于混凝土相相应的强度，而而且粘结材料料对界面和碳碳纤维布都要要有良好的渗渗透性和相容容性，还能够够抗冲击、耐耐疲劳抗老化化等。采用碳纤维片材材对混凝土结结构进行加固固修复时，通通常选用配套套底层树脂、找找平材料、浸浸渍树脂和粘粘结树脂，所所选材料除满满足上述要求求外，尚应满满足施工简易易的要求。一一般要求底层层树脂及找平平材料的正拉拉结强度大于于2.5MPPa且不小于被被加固混凝土土拉结强度的的标准值ftk，而浸渍渍树脂和粘结结树脂性能指指标则应达到到表2的要求。表2浸渍树脂和和粘结树脂性性能指标抗剪强度拉伸强度压缩强度弯曲强度正粘结强度弹性模量伸长率≥10MPa≥30MPa≥70MPa≥40MPa≥2.5MPaa≥1500MPPa1.5％3．碳纤维的补补强、加固原原理粘贴碳纤维结构构加固技术是是指采用高性性能粘结将碳碳纤维布粘贴贴在建筑结构构构件表面，使使两者共同工工作，提高结结构构件的（抗抗弯、抗剪）承承载能力。用于建筑结构加加固的碳纤维维材料具有优优良的力学性性能，其抗拉拉强度约为普普通钢材的10倍；但是，碳碳纤维材料织织成碳纤维布布后，其中的的各碳纤维丝丝很难完全共共同工作，在在承受较低的的荷载时，一一部分应力水水平较高的碳碳纤维丝首先先达到其抗拉拉强度并退出出工作状态，以以此类推，各各碳纤维丝逐逐渐断裂，直直至整体破坏坏。而使用粘粘结剂后，各各碳纤维丝能能很好地共同同工作，大大大提高碳纤维维布的抗拉强强度，故碳纤纤维加固首先先必须使碳纤纤维布中的碳碳纤维丝能共共同工作，因因此粘结剂对对碳纤维布的的加固起着关关键的作用，它它既要确保各各碳纤维丝共共同工作，同同时又确保碳碳纤维布与结结构共同工作作，从而达到到补强、加固固的目的。值得注意的是，使使用碳纤维进进行加固时，具具体粘贴层数数要通过计算算确定，考虑虑到各层的共共同工作系数数，抗疲劳的的能力和避免免脆性破坏，一一般不宜超过过5层。另外，从从受力性能角角度而言，单单层优于多层层，窄幅优于于宽幅；必要要时纵向可以以搭接，搭接接长度不能少少于100mm，而且要保保证碳纤维端端部有可靠的的锚固，除计计算要求外，还还应有必要的的构造措施。4．碳纤维布在在混凝土结构构加固中的机机理分析碳纤维加固技术术应用广泛，适适用于各种结结构类型、各各种结构部位位的加固修补补，如梁、板板、柱、屋架架、桥墩、桥桥梁、筒体、壳壳体等结构，要要求基层混凝凝土的强度等等级不低于C15即可，这里里着重介绍碳碳纤维布加固固钢筋混凝土土抗弯、抗剪剪、抗震构件件的机理作用用，其它从略略。4.1碳纤维维加固钢筋混混凝土抗弯构构件。钢筋混凝土受弯弯构件的抗弯弯加固，是通过将碳碳纤维布粘贴贴于构件受拉区，代替替或补充钢筋筋的受拉性能能，从而提高高构件的抗弯弯承载力。粘粘贴碳纤维后后，在构件受受拉区混凝土土开裂前，碳碳纤维的应变变很小；在混混凝土开裂后后，碳纤维布布逐渐参与共共同工作，应应变增长加快快；而在钢筋筋屈服后，碳碳纤维布充分分发挥作用，应应变增长迅速速加快，其高高强高效的性性能得以充分分体现。4.2碳纤维维加固钢筋混混凝土抗剪构构件。钢筋混凝土的抗抗剪加固，是是将碳纤维粘粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维维的作用类似似于箍筋。在在构件屈服前前，碳纤维的的应变发展缓缓慢，所达到到的最大应变变值也较小；；在构件屈服服后，箍筋的的作用逐渐被被碳纤维代替替，碳纤维的的应变发展加加快，应变值值要高于箍筋筋的应变值，而而箍筋所起的的约束作用减减小，其应变变发展缓慢。4.3碳纤维维加固钢筋混凝土抗震柱。应用碳纤维对混混凝土柱进行行抗震加固，是是通过用碳纤纤维布横向包包裹钢筋混凝凝土柱来提高高其延性而实实现的。碳纤纤维的主要作作用是对其内内部混凝土起起到了约束作作用，这种约约束是一种被被动约束，随随着混凝土柱柱轴向压力的的增大，横向向膨胀促使外外包碳纤维布布产生环向伸伸长，从而提提高侧向约束束力。约束机机制取决于两两个因素：混混凝土的横向向膨胀性能和和外包碳纤维维布的环向约约束能力。碳碳纤维布约束束混凝土表现现出两阶段受受力过程：第第一阶段，混混凝土处于类类似素混凝土土的线弹性阶阶段，横向变变形小，故碳碳纤维横向变变形也很小，分分界点在素混混凝土峰值应应力附近；第第二阶段，构构件达到极限限承载力后，混混凝土横向膨膨胀变形急剧剧增加，碳纤纤维环向应变变显著增长，环环向约束力增增加，混凝土土极限压应变变得以提高，因因而推迟了受受压区混凝土土的压碎，充充分发挥了纵纵向钢筋的塑塑性变形性能能，显著改善善了构件的延延性。我国是一个地震震多发国家，建建筑物的抗震震加固技术是是工程抗震领领域研究与应应用的一个重重要方面。碳碳纤维补强加加固混凝土技技术对混凝土土柱的抗震加加固在工程中中应用最多。5．结语粘贴碳纤维结构构加固技术是是一种新型的的加固技术，已已经得到较为为广泛的应用用，并已产生生较大的经济济效益，我国国已经制定了了相关的技术术标准及规程程（即《CECS1146－20