土木工程中碳纤维复合材料的运用研究分析

土木工程中碳纤维复合材料的运用研究分析1讨论现状

1.1碳纤维概念及成分

碳纤维复合材料(CFRP)是纤维增加复合材料的一种，在具有纤维增加复合材料特性的根底下还有自己带的特征，目前讨论理论说明，碳纤维的外在特征随着含碳量随种类不同而存在肯定差异，但是作为碳纤维复合材料，除了具有本身的特点之外，一般具有耐高温、导电、导热、耐腐蚀等，但碳纤维复合材料与一般碳素材料不同的是，碳纤维复合材料形状有显著的各向异性，可依据工程需要加工成各种织物材料，满意工程需要，而且织物表现出很高的强度。土木工程方面碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重轻，抗拉强度大，讨论认为抗拉强度是钢的7-9倍，因此碳纤维复合材料(CFRP)是土木工程中能供应特别帮忙的高效建材之一。

1.2国内外讨论现状

国外对碳纤维复合材料的讨论起步比拟早。结合讨论需要成认了相应的碳纤维复合材料讨论协会，制订了相应的测量标准、实施标准、检测标准、施工规程等，制订了讨论进展方向，加大经碳纤维复合材料再实际中的应用讨论，经过多年的讨论，目前国外兴旺国家已经有较为成熟的碳纤维复合材料理论、讨论体系和讨论成果，并且通过试验性应用获得了第一手资料，通过大量试验已经有了肯定的应用实例。目前由于碳纤维复合材料特有的可依据工程需要加工成各种织物材料，满意工程需要，而且织物表现出很高的强度的特点，因此碳纤维复合材料大量应用在房屋建筑工程的加固工程中、桥梁工程等的加固、修理和保养下。从讨论现状来看，我国对碳纤维复合材料的讨论起步比拟晚，缺少系统化、外乡化的讨论体系，主要理论和讨论标准、方法借鉴先进国家的讨论成果，缺少实际使用阅历的搜集和整理，施工标准下过于依靠国外成熟阅历，缺少外乡化的实践阅历和讨论体系，讨论方向主要集中碳纤维增加聚合物片材加固和修复钢筋混凝土构造，而且应用也比拟成熟。例如采纳碳纤维增加聚合物片材对下海财经大学24m跨度的木构造进展加固，采纳碳纤维布对天安门城楼下的大型木柱进展加固等等。单丽萍《碳纤维布在建筑构造加固中的施工措施浅析》(民营科技2023.8)讨论指出，碳纤维增加聚合物加固技术是一种新型高效的土木工程加固修复技术，具有质量轻、强度高强、施工简洁等优点。并对碳纤维布在加固和维护建筑构造中的施工措施进展分析，之处随着对新材料碳纤维(CFRP)的讨论的深人，用CFRP取代钢板作为外贴对建筑物进展加固是一种必定趋势。并现针对碳纤维加固的原理、依据、前提进展了探讨，并对施工工艺进展了简要的论述。张勇《CFRP加固混凝土梁的冻融试验讨论》(河北建筑工程学院学报2023.1)，碳纤维(CFRP)虽然在加固工程中已得到广泛应用，但其长期的加固性能尚未得到证明。尤其在我国北方较严寒地区，因此讨论冻融循环对碳纤维加固的混凝土构件的影响。试验讨论显示碳纤维根本能够满意严寒地区的加固要求。舒亚《码头改造工程中碳纤维加固技术的运用灰水利建立与治理2023.3》一文中讨论指出:伴随着材料讨论的深人，混凝土构造的加固技术也日益提高，结合工程实例，阐述在码头改造工程中如何将碳纤维加固技术运用到水工构造物的主要受力构件，为码头水工构造物的加固修复带来新的举措，保障了码头水工建筑物的安全。整体下来说，碳纤维复合材料在土木工程中的使用讨论目前根本集中在混凝土构造的修复和加固下，信任随着讨论的深人，碳纤维加固技术在土木工程构造的运用日益广泛。

1.3最新讨论进展和趋势

日本开发研制胜利一种带有铝合金接头碳纤维聚合卷管。讨论发觉这种聚合卷管具有高效的构造体系，在实际应用中可以获得特别的建筑效果!

也有学者提出利用碳纤维优良的导电性，通过相应手段监测碳纤维复合材料加固部位导电性能的变化状况，实现对对土木建筑物或桥梁等的无创口安康监测和诊断，而目前利用碳纤维优良的导电性，实现对建筑构造的实时监测应用讨论不多，郑认霞《局部叠层碳纤维水泥基材料的应变电阻效应讨论》(四川大学学报(工程科学版)2023.2)讨论指出利用不同将碳纤维所具有的特有的导电特性，将不同碳纤维取代钢筋加人一般混凝土中，一般混凝土便成为具有自诊断功能特性的智能混凝土。利用这些功能特性可望实现土木工程构造和根底设施的安康监测。并通过试验讨论局部叠层碳纤维取代钢筋形成的三点弯曲梁在单调和循环拉应力作用下电阻的变化规律，分析了局部叠层碳纤维水泥基材料的应变一电阻效应，在此根底下进展横向比照，试验结果说明，局部叠层碳纤维水泥基材料的应变灵敏系数是连续碳纤维水泥基材料应变灵敏系数的近23倍，但稳定性要差一些;局部叠层碳纤维水泥基材料的电阻和拉伸应变成正比例，因此利用这一特性把可望把局部叠层碳纤维用于土木工程，便于实现在构造和根底设施的安康监测。

2碳纤维复合材料在构件承载力缺乏的状况下的应用

虽然在土木工程施工过程中在施工阶段，从下到下有严格的施工标准和要求，但是实际过程中却经常存在由于施工治理不严、施工人员力量缺陷、致使施工质量不能到达要求，特殊是混凝土构件承载力缺乏导致在建工程或建成工程使用时在安全隐患，存在肯定的潜在质量风险，可能导致损害事故的发生，在这种状况下，如何在不撤除现有混凝土构造的条件下对混凝土构件进展范围内的加固和修复是要解决的问题，使用碳纤维复合材料为主要原料的纤维增加聚合布进展加固，可以在不毁坏现有构造的根底下，使混凝土构造得到抱负的增补效果。加下纤维增加聚合布施工过程中无需任何重型机械，施工空间不受限制的优点，因此在维护和加固现有建筑中得到大量应用。

2.1碳纤维复合材料在民用建筑加固方面的应用

由于碳纤维增加聚合布的材料性能的特点，碳纤维增加聚合布大量应用在民用建筑中，如梁、板、柱、顶、梁腹裂缝进展过大的构件加固中。碳纤维增加聚合布加固可有效掌握裂缝的进展。在使用碳纤维复合材料对不同部位进展加固时，操作手段、方法有肯定差异。目前通常使用碳纤维布对钢筋混凝土裂缝等进展加固时首先选取适宜粘合剂，以免造成粘合不严密，加固效果差，在此根底下留意粘贴在混凝土裂缝处。在对钢筋混凝土抗弯构件进展加固时，通常采纳特别粘合剂将碳纤维布粘贴于混凝土构件强力受拉区，通过碳纤维布增加受拉区域强度，实现碳纤维布分担工程构造中混凝土钢筋的承受拉力，提高混凝土构件的抗弯承载力和受拉承载力。碳纤维复合材料加固损伤的受弯构件时，结果说明，通过碳纤维布的加固，检验结果显示，加固部位刚度恢复特别显著，加固部位强度和加固量、损伤程度具有肯定关系，通过加固，两者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纤维复合材料进展抗剪力加固时，一般要求将碳纤维复合材料粘贴于加固构件的受剪力区，力求形成整体的拉力，促使碳纤维复合材料的作用类似于箍筋，从而形成肯定的加固力气，有效掌握混凝土构造裂缝的进一步进展。目前讨论结果说明，理论下推算碳纤维复合材料的随着外界条件变化应变进展比拟缓慢，在实践中用于加固混凝土构件时，碳纤维复合材料到达的最大应变值比拟小。在加固混凝土构件屈服后，碳纤维复合材料渐渐取代混凝土构件箍筋的作用逐，从而有效提高构件抗剪承载力，碳纤维复合材料对工程质量提高程度与加固方式、加固量、带间距及粘贴层数亲密相关。因此实践中使用碳纤维复合材料对肯定的混凝土构造进展修理和加固时，要区分对待，不同位置、强度的部件进展加强所需粘贴量不同，过多过少都不利于加固效果的最优化，如粘贴过量碳纤维增加聚合布，可能会导致不能充分的发挥碳纤维增加聚合布的优势。由于碳纤维增加聚合布的可设计性的优势它与所加固构建之间粘贴比拟严密，可以在不转变现有建筑外观外形的根底下进展整体加固，因此在一些对整体构件加固质量要求比拟高，碳纤维聚合布在得到大量应用，如对历史建筑的抢救、爱护和维护和原有建筑，同时构件的整体抗震性能得到提高。

2.2桥梁建立加固方面碳纤维复合材料的应用

由于碳纤维复合材料的使用特点，碳纤维增加聚合布可以应用在桥梁加固方面。如磨损、裂缝、局部塌陷的桥面，可以在保持现有混凝土构件的状况下，通过适当修补后加贴碳纤维增加聚合布，从而提高桥面结实程度和增加使用寿命，如一般采纳将碳纤维增加聚合布粘贴于桥面板下面，在提高桥面整体平坦的根底下可以增加桥面板的抗弯及抗剪力量，延长桥梁使用寿命，目前碳纤维复合材料在桥梁建立方面的用途主要有两类，现有桥梁的加固方面和新桥梁的建立使用。在桥梁加固方面碳纤维复合材料主要用于混凝土桥梁的根本构件、节点、裂缝受弯构件、抗弯构件等的加固，加固的目的主要是提高桥梁的面板、构件的抗弯、受弯、抗剪、轴向抗压承载力等，桥梁建立加固方面碳纤维复合材料的应用在国外应用广泛，我国在这方面的工程实践是在引进汲取国外先进阅历的根底下，结合我国桥梁工程和新材料进展状况，2023年7月对1971年建成的宝成桥进展了加固修理。提高了大桥承载强度，同时对大桥根本构件供应了抗裂防腐的爱护作用。但是碳纤维增加聚合布加固混凝土桥柱、桥梁时，应留意原有混凝土构件横向膨胀性能促使外包碳纤维增加聚合布的局部环向刚度增大，导致混凝土原有构件的脆性破坏，因此在应用碳纤维增加聚合布修理桥梁加固混凝土柱时要留意完全粘贴整个构件。