建筑結(jié)構(gòu)加固改造工程中碳纖維的應(yīng)用

姚延鴻

中鋁瑞閩股份有限公司

1 引言

建筑業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著重要作用，除了新建工程外，現(xiàn)有的建筑物維護(hù)和翻新工程也在不斷增加，難以加強(qiáng)，改造。碳纖維增強(qiáng)技術(shù)與常規(guī)技術(shù)相比，碳纖維可用于在常溫下將環(huán)氧樹脂與建筑結(jié)構(gòu)緊密粘合。加固效果理想，可廣泛用于建筑加固和翻新項目。碳纖維在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用越來越廣泛。

2 在建筑物結(jié)構(gòu)的加固和改造中使用碳纖維的好處

與以前的加固方法相比，碳纖維加固效果更好：碳纖維材料尤其用于老建筑中，以加固老房子中的預(yù)應(yīng)力空心板。碳纖維增強(qiáng)不需要使用大型機(jī)械和設(shè)備，并且具有高增益效率和低噪聲。碳纖維增強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢可主要分析如下：（1）具有廣泛的應(yīng)用范圍：碳纖維可以代替剪切和彎曲的鋼筋，也可以用于預(yù)防在聯(lián)排別墅或工業(yè)建筑中發(fā)生地震和裂縫，還可以加強(qiáng)防腐結(jié)構(gòu)。碳纖維具有防水結(jié)構(gòu)作用。環(huán)氧樹脂粘合劑用于用碳纖維增強(qiáng)的混凝土表面。環(huán)氧粘合劑本身具有良好的密封性能。因此，碳纖維增強(qiáng)方法也具有很強(qiáng)的密封能力。（2）碳纖維增強(qiáng)是可行的，碳纖維材料也是可行的。質(zhì)地輕薄，不需要復(fù)雜的施工機(jī)械，施工人員可以手工完成，采用碳纖維加固方法也可以有效縮短工程周期。（3）碳纖維加固方法容易隨意切割，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際加固要求，碳纖維切割后，增強(qiáng)的碳纖維材料不影響外觀建筑結(jié)構(gòu)。（4）碳纖維增強(qiáng)法具有很高的耐腐蝕性。由于碳纖維材料性能穩(wěn)定，因此不受所用室外環(huán)境的影響，可以有效地擴(kuò)展建筑物的結(jié)構(gòu)[1]。

3 碳纖維增強(qiáng)材料在各種混凝土受力構(gòu)件中的使用

碳纖維本身具有許多優(yōu)勢，例如強(qiáng)度高，耐腐蝕，輕便，厚度大和易于使用。通過選擇適當(dāng)和有效的連接材料，可以更大程度地確保碳纖維和混凝土的結(jié)合。

通過施加力，碳纖維增強(qiáng)材料可以在建筑結(jié)構(gòu)加固時滿足各種承重混凝土構(gòu)件的加固和加固要求。（1）普通截面碳纖維的鋼筋混凝土折彎件通過對普通截面碳纖維的鋼筋混凝土折彎件進(jìn)行試驗，我們可以確定使用該纖維材料獲得的構(gòu)件的混凝土部分在強(qiáng)度，穩(wěn)定性和負(fù)載能力方面用于增強(qiáng)的碳。通過一些改進(jìn)，增強(qiáng)構(gòu)件整體上的強(qiáng)度也得到了顯著提高，并且由于構(gòu)件的破裂而引起的裂縫的寬度也得到了顯著減小。當(dāng)增強(qiáng)部件達(dá)到承載能力的極限時，由該部件產(chǎn)生的裂紋的數(shù)量和寬度將大大減少，并且裂紋的分布更加規(guī)則。（2）碳纖維增強(qiáng)混凝土壓力元件碳纖維在方形混凝土柱上的規(guī)則纏繞可以顯著提高方形混凝土柱的承載能力和穩(wěn)定性。通過使用碳纖維增強(qiáng)方法來增強(qiáng)混凝土柱的承載力也可以提高。用碳纖維加固后，受壓混凝土在荷載作用下被壓縮。然而，由于碳纖維的強(qiáng)固位作用，它確保了增強(qiáng)元件的被動固位并產(chǎn)生了相應(yīng)的橫向固位力。當(dāng)形成有限的混凝土?xí)r，混凝土壓縮元件的承載能力大大提高。（3）斜截面碳纖維增強(qiáng)的混凝土剪力元件在建筑結(jié)構(gòu)的加固和改造中使用碳纖維也可以有效地提高混凝土元件的抗剪強(qiáng)度。通過選擇適當(dāng)?shù)募庸谭椒?，加固量和錨固方法，可以有效地提高混凝土構(gòu)件的抗剪性能。過去，使用碳纖維進(jìn)行增強(qiáng)和轉(zhuǎn)化通常使用包裝和粘合方法來充分利用碳纖維并獲得更好的增強(qiáng)強(qiáng)度。然而，纏繞和粘合過程具有某些缺點，即，強(qiáng)化過程很復(fù)雜，這就是為什么使用U形碳纖維糊代替碳纖維糊的原因。

（4）約束混凝土是復(fù)合材料增強(qiáng)的一種重要形式，通過使用覆蓋有碳纖維的方形混凝土支架，可以大大提高其承載能力。通過使用覆蓋有碳纖維的混凝土支撐，可以進(jìn)一步提高承載能力。碳纖維混凝土是一種被動的約束：隨著混凝土軸向壓力的增加，橫向膨脹會促進(jìn)外部復(fù)合材料的周向膨脹，從而產(chǎn)生橫向固位力。應(yīng)力機(jī)制取決于兩個因素：混凝土的橫向膨脹系數(shù)和外部碳纖維材料的輪胎剛度。混凝土柱的初始橫向變形較低，因此碳纖維的負(fù)荷較低。在混凝土柱的最后加載期間，碳纖維載荷隨著柱載荷的增加而迅速增加，直到被破壞為止[2]。

4 增強(qiáng)碳纖維的步驟和程序

碳纖維增強(qiáng)材料的分析主要包括以下步驟：在生產(chǎn)碳纖維增強(qiáng)材料之前，必須在基礎(chǔ)上對建筑結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理。然后，必須根據(jù)實際要求施加粘合劑，并且必須在增強(qiáng)部件的表面涂上底漆以確保表面的柔軟度符合要求，然后再涂一層膠水。使用粘合劑將纖維布和保護(hù)層放置在表面上。為了確保碳纖維材料加固的質(zhì)量，施工人員必須在加固之前進(jìn)行徹底清潔，并清除所有附著在結(jié)構(gòu)表面的雜質(zhì)，僅留下結(jié)構(gòu)的實心部分。在結(jié)構(gòu)的混凝土中，如果及時糾正缺陷。確保結(jié)構(gòu)表面平坦。如果鋼筋建筑構(gòu)件的表面有裂縫，建議施工人員指出裂縫的實際大小并封閉現(xiàn)場。將混凝土結(jié)構(gòu)的表面弄平后，除去表面上的浮灰，同時拋光邊角膏，以確?；炷两Y(jié)構(gòu)的角是圓的。必須根據(jù)實際的建筑條件并結(jié)合環(huán)境溫度和濕度進(jìn)行粘合劑的涂覆，以確保粘合劑的充分儲存，并且粘合劑不得暴露在直射的陽光下在存儲期間。在施工過程中，粘合劑的施加不得對其他結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何影響。優(yōu)選使用一次用于增強(qiáng)碳纖維的粘合劑和第二次使用的粘合劑。

混合物改變其性能，不能達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)期粘合效果。選擇材料時，無論是碳纖維還是結(jié)構(gòu)膠，都必須在選擇過程中嚴(yán)格檢查質(zhì)量。材料到達(dá)施工現(xiàn)場之前應(yīng)進(jìn)行隨機(jī)檢查。如果樣品測試不令人滿意，則必須立即停止使用該材料并將責(zé)任轉(zhuǎn)移給該人員。樣品測試必須確認(rèn)機(jī)械性能和增強(qiáng)材料的粘合效果。您可以選擇悍馬或Kaben品牌的增強(qiáng)材料。

碳纖維加固完成后，施工人員必須及時核實加固效果。如果在檢查過程中發(fā)現(xiàn)小的空心鼓或變形的邊緣，建議及時進(jìn)行維修；如果空心鼓的表面較大，建議在切割后進(jìn)行修復(fù)，以確保碳纖維≥的有效粘合表面為95%。施工完成后，將在現(xiàn)場進(jìn)行拉伸測試以確定實際的粘結(jié)效果。建議在樣品準(zhǔn)備7天后檢查起飛測試的開始時間。結(jié)構(gòu)膠粘劑可能無法過早完全固化，這可能會導(dǎo)致測試失敗，并且滿足要求也為時過晚。碳纖維織物材料除了可以增強(qiáng)建筑物的混凝土構(gòu)件外，還可以增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)，從而提高舊建筑物的承載力和抗震能力，建筑物的使用壽命，并利用碳纖維織物來確保項目的加固和改造[3]。

5 應(yīng)用和社會經(jīng)濟(jì)效益

碳纖維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)技術(shù)是一種新型的增強(qiáng)技術(shù)，其廣泛應(yīng)用并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢：碳纖維織物主要承擔(dān)鋼筋上的應(yīng)力，說碳纖維織物的主要任務(wù)是改善結(jié)構(gòu)組件?？箯垙?qiáng)度，因此該技術(shù)被廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固。混凝土構(gòu)件普通型材的承載能力的改善小于碳纖維織物，但是在不增加構(gòu)件重量和不使用自由空間的情況下進(jìn)行了增強(qiáng)。然而，當(dāng)重建現(xiàn)有建筑物時，與不開孔的情況相比，樓板的剛度和強(qiáng)度被削弱到不同的程度，特別是剛度被進(jìn)一步削弱。應(yīng)力的集中和偏差集中在開口的側(cè)面和短角上。因此，在選擇加固方法時，應(yīng)根據(jù)土的跨度和開口的大小進(jìn)行具體分析，以確定最佳的加固措施。

碳纖維混凝土施工是一項系統(tǒng)技術(shù)，包括材料，設(shè)計和應(yīng)用，并具有許多技術(shù)和建設(shè)性優(yōu)勢。作為一種高科技應(yīng)用技術(shù)，已被業(yè)主和工程部門所接受。碳纖維對建筑結(jié)構(gòu)的加固效果非常好：由于經(jīng)過嚴(yán)格的計算和構(gòu)造，因此在彎曲和剪切能力，撓曲和裂縫寬度控制方面，這些組件的指標(biāo)可以大大改善。同時，鋼筋組件橫截面的大小和形狀不會改變，這不會影響建筑物的使用。碳纖維材料具有出色的耐腐蝕性，在使用過程中幾乎不需要日常維護(hù)。預(yù)計碳纖維鋼筋混凝土建筑技術(shù)作為一種新興的加固技術(shù)將在未來的加固項目中發(fā)揮越來越重要的作用。碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）在鋼筋混凝土梁的加固以及鋼筋混凝土橋墩和方墩的加固中表現(xiàn)出了卓越的性能。

6 結(jié)語

碳纖維材料重量輕，在施工過程中不需要笨重的設(shè)備，并且很薄且占用的空間很小，特別是在空間有限的情況下，對于可能具有這種優(yōu)勢的技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)產(chǎn)品而言。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。連接高彈性模量的高強(qiáng)度碳纖維的方法可以獲得與鋼板相同的增強(qiáng)效果，但結(jié)構(gòu)重量并未增加，并且其外觀也輕巧美觀。得益于這項技術(shù)，這種增強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有出色的抵抗力：由于僅使用碳纖維和載體樹脂進(jìn)行增強(qiáng)，因此不會生銹，并且對酸，堿，鹽和大氣腐蝕。可以有效縮短施工時間。CFRP材料的價格高于其他常用材料，但已證實其優(yōu)異的性能。碳纖維用于加強(qiáng)房屋建設(shè)。通過對CFRP 材料的研究，開發(fā)和不斷了解，碳纖維將在未來的技術(shù)增強(qiáng)中具有廣泛的應(yīng)用范圍，并將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。