碳纖維復(fù)合材料在鋼筋混凝土加固中的應(yīng)用

陳亮亮

(甘肅鐵一院工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州730000)

碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。碳纖維的自重較輕，其密度僅為普通鋼材的20%左右，但其抗拉強(qiáng)度可達(dá)普通鋼材的10 倍。鋼筋混凝土加固需要兩種性質(zhì)差異不大的材料結(jié)合，事實(shí)證明碳纖維與鋼筋混凝土加固不會(huì)出現(xiàn)搭配問題，且碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)不需要增加螺栓及鉚釘固定，對(duì)原混凝土結(jié)構(gòu)損害和變動(dòng)較小。

1 適用范圍

碳纖維按其主要原料分為三類，即聚丙烯腈(PAN)基碳纖維、瀝青(PITCH)基碳纖維和粘膠(RAYON)基碳纖維。通過實(shí)際工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，聚丙烯腈(PAN)基碳纖維最符合建筑承重結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性要求。粘膠(RAYON)基碳纖維的應(yīng)用性能和質(zhì)量較差，不適用于建筑承重結(jié)構(gòu)的加固;瀝青(PITCH)基碳纖維只有中、高模量的長(zhǎng)絲，僅適用于高剛性材料的加固場(chǎng)合。目前碳纖維加固方法僅適用于鋼筋混凝土受彎、受拉、軸心受壓和大偏心受壓構(gòu)件的加固。小偏心受壓構(gòu)件如果采用此加固方法，其縱向受拉鋼筋達(dá)不到屈服強(qiáng)度將造成材料的極大浪費(fèi)。

2 圍束加固

柱或橋墩在軸力增大的情況下，會(huì)產(chǎn)生向外的膨脹力，如果沒有箍筋或外力加以約束，必然導(dǎo)致混凝土爆裂破壞，此時(shí)的約束外力主要為拉力?？刹捎谜迟N鋼板施工方法處理，但相比之下采用碳纖維作圍束加固明顯具有優(yōu)勢(shì)。

3 受彎加固

梁和板在荷載增加或使用用途改變，導(dǎo)致其原有強(qiáng)度不足時(shí)，可采用碳纖維加固技術(shù)。特別要注意的是纖維復(fù)合材的粘貼應(yīng)由軸向延伸至支座邊緣，并且要在纖維復(fù)合材料端部、截?cái)嗵幖昂奢d集中作用點(diǎn)的兩側(cè)，設(shè)置U 形箍(對(duì)梁)或橫向壓條(對(duì)板)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固完成后，其正截面受彎承載力不應(yīng)超過40%的提高幅度，并驗(yàn)算其受剪承載力，避免構(gòu)件受剪破壞先于受彎破壞。經(jīng)過大量工程實(shí)踐總結(jié)，受彎構(gòu)件斜截面的加固構(gòu)造上，只允許采用環(huán)形箍、自鎖式U 形箍、加錨U 形箍以及加織物壓條的一般U 形箍，不允許僅在側(cè)面粘貼條帶受剪。

4 粘結(jié)劑

粘貼纖維復(fù)合材料的膠粘劑一般是可燃的，這一點(diǎn)要在施工時(shí)加以注意。為確保加固結(jié)構(gòu)的安全性，膠粘劑的抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)符合保證率95%的要求，概率(即置信水平為)為0.9。承重結(jié)構(gòu)用的膠粘劑，必須進(jìn)行粘結(jié)抗剪強(qiáng)度檢驗(yàn)。由于不飽和聚酯、樹脂及醇酸樹脂的耐潮濕性、耐水性及耐老化性極差，因此不允許用作承重結(jié)構(gòu)加固的膠粘劑。

5 施工工藝

碳纖維加固施工工藝:定位放線→基層處理(裂縫處理，混凝土表面清潔)→找平處理→涂刷底層樹脂(厚度小于0.4 mm)→粘貼碳纖維片材→涂刷面料→固化養(yǎng)護(hù)→竣工驗(yàn)收。施工溫度為5 ℃～35 ℃，相對(duì)濕度小于85%。如果原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度過低，其與碳纖維布粘結(jié)強(qiáng)度也會(huì)不高，因此被加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件中混凝土的強(qiáng)度不得低于C15，混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度至少要達(dá)到1.5 MPa。

6 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)于2014 年6 月1 日實(shí)施的《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50367－2013)，是我國(guó)現(xiàn)行最新的關(guān)于纖維和纖維復(fù)合材料在混凝土結(jié)構(gòu)加固方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。由于我國(guó)工程建設(shè)結(jié)構(gòu)中使用碳纖維的時(shí)間較短，因此正確標(biāo)準(zhǔn)的掌握其應(yīng)用技術(shù)尤為重要。同時(shí)由于纖維及纖維復(fù)合材料自身的優(yōu)點(diǎn)和特性，該項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)會(huì)在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。

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