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與您探討有關碳纖維復合材料（CFRP）加固在實際工程中的應用

摘  要：碳纖維具有強度高、自重輕、施工方便、快捷、應用廣泛等優良性能，因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構件以承載力及壽命是目前比較流行的，在建筑業中有著廣泛的發展前景。本文以一個石化行業的鋼筋混凝土框架改造工程應用為例介紹了碳纖維復合材料在因功能改變引起荷載變化的結構構件加固中的計算和施工工藝。

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1碳纖維復合材料（Carbon Fiber Peinforce Plastic）加固是利用類粘接劑（建筑結構膠）將碳纖維粘貼到結構或構件的表面，形成復合材料體，通過碳纖維與構件的協同工作，來結構或構件的承載力和延性的一種加固。采用碳纖維布加固具有以下幾個優點：1、抗拉強度高，是普通鋼材的10倍，并具有比鋼材更好的抗疲勞性能；2、加固后能大大結構的耐腐蝕性及耐久性；3、自重輕（約200g/m2），密度只有普通鋼材的1/4；基本不結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣，適合任何形狀；4、施工簡便（不需大型施工機構及周轉材料），沒有濕作業，易于操作，經濟性好；5、適用范圍廣，施工工期短。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達，起步很晚，近年來發展十分迅速，在、、汽車、工程、化工、能源、交通、建筑、電子、運動器材等眾多領域了廣泛的應用。也于2003年編制了碳纖維片材加固混凝土結構規程(CECS146：2003)。本文結合具體的石化行業一鋼筋混凝土構架加固工程，介紹了碳纖維加固實例。 

3.1基本假定

碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算采用如下基本假定：

受拉區混凝土的作用忽略不計；

梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；

（3）碳纖維材料采用線彈性應力-應變關系：σcf=Ecf×εcf且εcf<0.01。

3.2加固設計
中山碳纖維加固公司_樓板碳纖維加固

根據碳纖維片材加固修復混凝土結構規程（CECS 146:2003）的規定，采用以概率理論為基礎的極限設計法進行計算?？紤]到作用在加固結構上的活荷載基本卸除，故不考慮二次受力的影響。

碳纖維片材加固施工工藝

一般工藝流程為卸荷—基底處理—涂底膠—找平—粘貼—保護。

考慮本工程特殊施工因素，加固中應進行卸荷。加固前先將板面粉刷層及板面雜物。

本工程加固施工中，應先鑿開保護層直至結構層基面，方可進行下一步處理。

基本施工步驟：

⑴基底處理：

①混凝土表面出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復。

②混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。

③風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

⑵涂底膠

①按配合比主劑∶固化劑＝3:1配置底膠。將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌。根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20—50mim內用完。

②將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為6—24h。

⑶找平

①混凝土表面凹陷部位應用修補劑填平，模板接頭等出現高度差的部位應用修補劑*，盡量減小高度差。

②轉角處也應用修補劑修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待修補劑表面指觸干燥后方可進行下一步工序。

碳纖維質輕高強、耐腐蝕、抗老化，有著優異的力學性能。用其加固補強混凝土結構施工簡單便捷，在橋梁維修加固中得到廣泛的應用。

一、碳纖維材料特性

碳纖維增強塑料是碳纖維材料通過一定的制作工藝與特定的樹脂材料復合而制成的，其力學特點是應力應變量*線彈性，不存在屈服點或塑性區。碳纖維材料具有優異的物理力學性能。加固混凝土構件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經編織而制成的柔軟片材。碳纖維布在編織時，將大量的碳纖維長絲沿一個主方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的抗拉強度標準值應大于3000Mpa，彈性模量大于2.1×l05MPa.綜合材料的物理、力學特性分析，要想大限度地發揮材料自身的優勢，適宜將C（RP材料作為橋梁結構的受拉或預應力受彎構件，特別適用于純受拉構件，工程實踐也證明了這一點。目前，用于橋梁加固的碳纖維材料主要是承受拉應力，約束裂縫的開展。

二、在橋梁加固工程的應用

土外表的裂縫伸展到一定程度，主筋外的混凝土保護層則開端脫落，終使T梁布局損失承載功能。

為了保證大橋使用壽命不受到影響，有必要對現已銹蝕的顯露鋼筋進行除銹并防腐處治；同時，對厚度不夠的混凝土維護層選用化學防腐的辦法進行防護，以保證構件的正常承載。

2、治理方案選擇

（1）治理方案選擇。因為該大橋T型預應力鋼筋混凝土接連梁梁底部主鋼筋布滿區域混凝土保護層厚度偏薄，加之大橋地處濱海，構件長時刻顯露運用于具有較強腐蝕性的海洋性大氣中，為了保證大橋主梁的使用壽命，對主梁底部主鋼筋布滿區域選用碳纖維補強。

（2）方案的可行性。碳纖維補強技術具有以下優點：

優異的力學性能，可有效用于多種形式的結構補強，包括抗彎、抗剪、抗拉、抗疲勞、抗震、抗風，控制裂縫及撓度的擴展。

優異的化學穩定性。碳纖維布具有*的抗酸、堿、鹽、紫外線和防水能力。具有足夠的適應氣溫變化能力。外加防火層后可以有效地防火。因此，可大大增強結構對惡劣外部環境的適應能力，延長結構壽命。

材料本身質輕高強?？梢圆辉黾咏Y構體積和不改變結構外型。增加的結構重量可以忽略，便于用所需要的色彩涂裝，而不留補強痕跡。

施工工序簡單，可用小型電動工具操作。工種少，用工少，工期短，進度快。更有資料表明能在持續交通有震動的情況下施工，而不影響補強效果，從而大大縮短了施工斷交時間，具有較大的經濟效益和社會效益。

碳纖維布建筑加固應用領域碳纖維布建筑加固應用領域張)二應用性能樓房鋼筋加固梁柱斷裂加固加層抗震加固高架橋梁維修加固剪力墻開門加固陽臺斷裂加固A自重輕，能在狹小的空間操作，施工不受影響B使用強度高，能靈活的用于抗彎抗剪和抗壓的工程結構中C具有優良柔韌性，能包裹復雜的外形構件D各種構件表面橋梁隧洞板梁柱通風桶管道墻體等的抗堿抗化學腐蝕要求E可對織物進行重復利用，覆蓋平整；對裝修影響小，貯存壽命長；容許操作期限長，在操作前操作中和操作后都允許存在一定的差異抗高溫抗蠕變耐磨損抗震性能良。

該體系適用于梁柱板隧道圓形弧等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。碳纖維布加固施工要點卸荷→基底處理→找平→底涂膠→粘貼→保護。施工擬定施工方案和施工計劃，應對所使用的碳纖維片材配套樹脂機具等作好施工前的工作。混凝土表面處理清除被加固構件表面的剝落疏松蜂窩腐蝕等劣化混凝土，混凝土結構層，并用修復材料將表面修復平整。按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。

　　[]年月日，河南鄭州，二馬路跨正興街的馬路橋因橋體存在安全隱患，貼滿了碳纖維布來加固橋梁，數百條“補丁”錯綜復雜貼于橋底頂部。一應用領域宇航機身方向舵火箭的發動機殼散流器太陽能電池板等。體育器材汽車部件摩托車零件釣魚桿棒球棍滑雪橇中山羽毛球拍等。工業發動機部件風機葉片傳動軸以及電器零部件等。消防適用于消防鋼廠等特殊類的防火服制作。建筑建筑物使用荷載工程使用功能改變材料老化混凝土強度等級低于設計值結構裂縫處理惡劣服役構件修繕防護；執行標準GB建筑結構加固工程施工質量驗收規范，防火等級-不燃，執行標準GB，德國標準DIN，土木建筑，橋梁隧道混凝土結構抗震加固補強材料:碳纖維布用于結構構件的抗拉抗剪和抗震加固，該材料與配套膠粘劑共同使用，可構成完整的性能的同固碳纖維布材增強體系。

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達。我國的這項技術起步很晚，但隨著我國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建筑中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。目前常用的加固有很多，如加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。

豪爵（北京）工程材料有限公司

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金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30％—40％。由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70％-80％，并在前有變形顯著的征兆。(5)碳纖維材料的彈性性能好，應力應變曲線接近線性，在發生較大變形后還能恢復原狀，塑性變形很小，這對于承受較大動載和沖擊荷載的結構比較有利。(6)碳纖維產品非常適合于在工廠生產，運送到工地，現場安裝的工業化施工，有利于保證工程，有利于勞動效率，有利于建筑工業化。碳纖維產品還有一些其他優勢，如透電磁波，絕緣，隔熱，系數小等等，這使得碳纖維結構和碳纖維組合結構在一些特殊能夠發揮難以取代的作用。7．2．2缺點(1)與結構材料不同，碳纖維材料通常為各向纖維方向的纖維方向強度和彈模較高，而垂直纖維方向的強度和彈模很低。有關資料表明，兩個方向的抗拉強度相差可達25倍，抗壓強度相差可達5倍，模量相差可達13倍。此外，纖維方向的抗拉強度比抗壓強度高30％。因此在設計碳纖維結構和碳纖維組合材料的特殊現象，例如拉伸翹曲現象，

 2)被加固構件表面打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質，直至露出混凝土結構新面。轉角粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。 　　

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