碳纖維復合材料加固混凝土結構技術研究

摘要：本文主要介紹了碳纖維復合材料的特點，結合碳纖維復合材料加固混凝土結構技術的研究概況，探討了碳纖維復合材料在混凝土結構的承載力、抗震性能和抗疲勞性能等方面加固的有效性，并分析了加固混凝土結構的主要影響因素。最后，提出了碳纖維復合材料加固理論尚需研究的內(nèi)容。

關鍵詞：碳纖維復合材料；加固；承載力；抗震；疲勞

1.引言

很多建筑物由于受到建造年代、結構使用功能改變、技術條件或自然災害等因素的影響，出現(xiàn)承載力不足、變形能力變差、抗震能力降低或抗疲勞能力下降等現(xiàn)象，不能滿足現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》和《建筑結構抗震設計規(guī)范》的要求，因此，需要對其進行加固、補強。我國在結構加固和補強方面做了大量的研究和實踐，工程中常用的結構加固方法有加大截面法、外包鋼加固法、預應力加固法、粘鋼加固法和粘貼碳纖維復合材料加固法等。傳統(tǒng)的加固方法整體水平比較落后、施工方法和施工工藝比較復雜，對結構的自重和使用面積有一定的影響，而粘貼碳纖維復合材料加固法具有高強高效、耐腐蝕、施工便捷、不增加結構尺寸等優(yōu)點，在工程中得到了廣泛的應用[1]。

2.碳纖維復合材料的優(yōu)良性能

碳纖維復合材料加固混凝土結構技術是一種新型、高效的結構加固技術。工程中采用的碳纖維加固混凝土結構技術是利用樹脂膠結材料，將碳纖維材料粘貼于混凝土結構表面，以達到結構加固補強及改善結構受力性能的目的。

與傳統(tǒng)的加固方法相比，碳纖維加固技術具有以下的優(yōu)良性能[1]。

高強度高彈性模量。碳纖維的強度高，極限抗拉強度約為鋼材的10倍，彈性模量和鋼材相近。因此，在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結構及構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到加固修補的目的。

抗腐蝕能力強、耐久性好。碳纖維材料化學性質(zhì)穩(wěn)定，不與酸、堿、鹽等化學物質(zhì)發(fā)生反應，因而碳纖維加固后的鋼筋混凝土結構具有良好的抗腐蝕性和耐久性，解決了其他加固方法所遇到的化學腐蝕問題；同時也免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護，節(jié)省維護費用。

熱膨脹系數(shù)小。碳纖維材料的熱膨脹系數(shù)非常小，其在纖維方向的熱膨脹系數(shù)幾乎等于零，這一特性是目前其他任何材料無可比擬的，垂直于纖維方向的熱膨脹系數(shù)雖然比較大，但各向同性制品與其它材料相比又最小。

施工簡便，工作效率高。碳纖維布加固不需要大型施工機械和重型設備，施工占用場地少，無濕作業(yè)，碳纖維布柔性好，可以根據(jù)設計尺寸用剪刀或刀片將其任意裁剪，操作簡單，施工速度快。據(jù)有關資料統(tǒng)計，粘貼碳纖維的加固工效是粘貼鋼板加固工效的4～8倍。

施工質(zhì)量易于保證。碳纖維布是柔性材料，即使被加固構件的表面不是非常平整，經(jīng)過修補后，有效粘貼率可達到95%以上。

對結構影響小。碳纖維材料重量輕，厚度薄，經(jīng)加固修補后的構件，基本上不增加原結構的自重及尺寸，不影響結構的使用空間。

適用范圍廣?？捎糜诓煌Y構類型、不同結構形狀、不同材料的構件加固，也可用于構件的不同部位及不同薄弱因素的加固。尤其重要的是，對于一些大型土木工程結構，如大型橋梁的橋墩、梁及橋面板，隧道等，采用舊的加固手段幾乎不能實施，而采用該項加固技術卻能順利的解決。

除此之外，碳纖維材料還有其他的一些優(yōu)勢，如透電磁波、絕緣、隔熱等，這就使得碳纖維加固技術在混凝土結構加固方面產(chǎn)生良好的綜合效益。

3.碳纖維復合材料加固混凝土結構的研究

在實際工程中，用來加固的碳纖維材料主要是碳纖維布。碳纖維布加固技術在混凝土結構中的應用已較成熟，主要集中在以下幾個方面。

提高受剪承載力