碳纖維布加固技術在建筑上的應用
目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式，成為我國乃至世界各國占主導地位的建筑結(jié)構(gòu)，在我國經(jīng)濟建設中發(fā)揮著不可代替的作用。因此，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實意義。但是由于自然災害、年久失修以及人為因素、荷載等級提高和設計規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足，影響正常使用和安全運行，須對其進行加固處理；加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想，致使加固維修問題更為突出，己成為經(jīng)濟建設的沉重負擔并制約了進一步的發(fā)展。
加固改造具有三個突出的優(yōu)點：投資少、工期短、省空間，這些都會帶來顯著的經(jīng)濟效益，特別是時間和空間的節(jié)省，對工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動來講，在效益方面往往起著決定性的作用。對承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進行修復加固，不僅可以使的生命及財產(chǎn)得到保障，還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用，緩解人力、物力、資金緊張的情況，使資金投到需要的地方。
現(xiàn)有的加固方法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術越來越受到人們的重視，人們在長期地研究與實踐過程中，形成了多種加固方法，傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種①：
1）增大截面法
通過使用同質(zhì)材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積，來提高構(gòu)件承載力，同時加大截面剛度，增強抗震能力，工藝簡單，適用面廣。缺點是現(xiàn)場濕作業(yè)多，施工周期長，對原結(jié)構(gòu)影響較大，如：減小使用空間，增加結(jié)構(gòu)自重等。
2）外包鋼法
以型鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角，對構(gòu)件的截面和外觀影響較小，較大幅度地提高承載力，施工簡單，工作量小，增大延性，適用于加固混凝土柱、梁等結(jié)構(gòu)；缺點是用鋼量較大，抗腐蝕性和耐久性差，費用高。
3）預應力加固法
采用外加預應力拉桿或型鋼撐桿進行加固，降低應力水平，提高承載力，幾乎不改變使用空間。缺點是耐火性、耐腐蝕性較差，且對施工設備、工序及施工人員的素質(zhì)要求較高。
4）增設支點法
增設支點是用減少構(gòu)件計算跨度，從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，提高承載力，并且縮小裂縫寬度效果明顯。缺點是影響原結(jié)構(gòu)布局，使用功能受到限制。
5）托梁拔柱法
是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法，改造時間短、費用低，缺點是技術要求高、安全隱患大。適用于工業(yè)廠房的改造。
6）粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板粘貼在構(gòu)件外部來提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。該方法幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間，施工簡單快速，濕作業(yè)量小，但對構(gòu)件工作環(huán)境有要求，環(huán)境溫度不高于60℃，相對濕度不大于70%，無化學腐蝕。
傳統(tǒng)加固方法雖然種類較多，且每種加固方法都有各自的優(yōu)點，但每種方法加固的綜合效果都不能完全滿足使用者的要求。隨著碳纖維增強塑料的出現(xiàn)及對其增強加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深入，這種加固技術越來越受到建筑行業(yè)的青睞，其應用越來越廣泛。
碳纖維加固技術的優(yōu)點
碳纖維增強塑料（CarbonFiber Reinforced Plastics，下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)），具有優(yōu)異的物理力學性能、耐久性及抗腐蝕性等特點。該材料是在日本發(fā)明的，早應用于航空航天，國外早對纖維加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術進行研究的是德國IBMB研究院和瑞士的EMPA實驗室，日本、韓國和美國緊隨其后，碳纖維塑料對鋼筋混凝土進行修復加固在發(fā)達國家已成為一項成熟技術②。
與傳統(tǒng)加固方法比較，碳纖維增強塑料具有明顯的技術優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在③：
1）強度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學性質(zhì)，抗拉強度2500-4500MPa（是普通鋼材的10倍左右），彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強度來提高承載力，以其高彈性模量來改善結(jié)構(gòu)的延展性，從而達到加固的目的。
2）耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學特性，致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕，有良好的耐腐蝕性和耐久性，而且其本身還可以起到對內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護作用，間接增加了混凝土保護層，從而達到雙重效果。
3）不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕，厚度薄，粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸，不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4）適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料，可以方便地裁剪，所以這種加固技術可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型（如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（梁、板、柱、節(jié)點、拱、殼等），且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5）施工便捷高效
碳纖維布加固，無大型機具，沒有濕作業(yè)，占用場地少。施工工效高，粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證，碳纖維預浸料輕質(zhì)柔軟，易貼附，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整，也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點，為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術支持，決定了碳纖維加固技術具有很大的經(jīng)濟價值和社會效益。
碳纖維加固材料發(fā)展及其缺點
然而，隨著碳纖維材料在加固領域發(fā)揮重要作用的同時，也存在著不足：
1）拉伸彈性模量相對于其強度過低
應用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強度一般在3000MPa以上，而其彈性模量只有230GPa左右，高彈性模量的也不過380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強度，碳纖維布需相當大的變形，當與鋼筋共同工作時，鋼筋達到屈服強度時CFRP并未發(fā)揮出全部強度，從而無法充分利用碳纖維的強度，且難以有效地抑止結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
2）混凝土與碳纖維間的粘結(jié)層易破壞
環(huán)氧樹脂粘結(jié)層的剪切強度與剪切變形是一定的，超過極限應變后，粘結(jié)層將產(chǎn)生界面微裂縫，隨著微裂縫的不斷擴展，后發(fā)生剝離破壞，所以粘貼CFRP片材加固有其限度，過量粘貼會導致界面無法傳遞足夠的剪應力使得CFRP的強度無法得到充分利用，并且在構(gòu)件承受較大荷載時容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞。
現(xiàn)有的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面，當試件的表面有一定的曲率時，CFRP在受拉的同時還會承受一個由曲率帶來的剝離應力，這也會加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。
3）無屈服點，為脆性破壞
碳纖維布是一種線性材料，沒有像鋼筋那樣的屈服點，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前沒有先兆，為脆性破壞。
粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對比
現(xiàn)代建筑中，粘鋼加固和碳纖維加固應用較多，此處將兩種加固方法進行對比：
碳纖維布輕質(zhì)高強，厚度為0.111-0.167mm，抗拉強度高，為普通鋼材的8-10倍，但各向異性，即抗拉強度高但抗剪強度低；施工更為簡便，施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學性能為各項同性，受力性能好；施工時需夾具和施工機具，施工工序和施工操作性較碳纖維布復雜。
隨著我國經(jīng)濟建設地迅猛發(fā)展，各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關注，如何在確保安全的前提下，低投資帶來高回報，成為新時代的焦點。以醫(yī)院等公共建筑為例，新的醫(yī)療設備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整，對原有結(jié)構(gòu)提出了需求，如何在短的時間內(nèi)達到要求，盡可能減少對社會的損失，都值得我們認真思考。
碳纖維布具有強度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點，在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進步，新的加固材料、新的加固技術，必將為建設注入新的色彩。

碳纖維布加固橋梁受力分析
碳纖維布新材料的發(fā)現(xiàn)是土木工程發(fā)展新的推動力，碳纖維布加固法也被視為梁式橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的優(yōu)選加固方法，其施工工藝亦較簡單。今天，我們就來探討一下碳纖維布加固橋梁受力的特點。
1.將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設計荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力,且改變原有結(jié)構(gòu)的應力分布程度小。
2.沿橋梁的主拉應力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布,兩端分別設置錨固端,可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴大,提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。
3.應根據(jù)實際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋,因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時,在提高受彎承載力的同時還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當碳纖維布用量過多時,構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐摹＿€因碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋共同工作會減弱鋼筋塑性性能,碳纖維布用量過多,構(gòu)件延性將有所降低。
4.碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)物后破壞形式變化為突然性(拉斷或剝離等脆性破壞),其承載力極限狀態(tài)應按碳纖維抗拉強度的2/3進行抗彎承載力計算,不能按普通鋼筋混凝土考慮。
5.碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力,其作用機理類似箍筋,同時還能明顯改善構(gòu)件的變形性能,增強構(gòu)件的變形能力。

“偷工減料”現(xiàn)象在各個行業(yè)都不是一件罕見的事情，對于加固用的碳纖維布來說，我們總會碰到劣質(zhì)產(chǎn)品，到底這些產(chǎn)品劣在哪里？哪里暗藏你一眼看不穿的東西？今天，小悍總結(jié)了碳纖維布可能出現(xiàn)問題的地方，現(xiàn)時現(xiàn)地教你練就“火眼金睛”，不再上當受騙。
▋ 碳纖維布的抗拉強度標準值、彈性模量和極限伸長率不達標
國家規(guī)范規(guī)定，對碳纖維布I級抗拉強度≥3400MPa，受拉彈性模量≥2.3x105MPa，伸長率≥1.6%，這三項數(shù)據(jù)是碳纖維高強性能的保障，碳纖維布在承重結(jié)構(gòu)中的應用，其粘結(jié)加固能力與這三項數(shù)據(jù)有著顯著的相關性，還可以通過此判斷在碳纖維布的生產(chǎn)過程中是否存在欠缺的地方。
▋ 碳纖維布單位面積質(zhì)量偏差過大
對于一般人工粘貼的碳纖維布，其單位面積質(zhì)量≦300g/m2,碳纖維布單位面積質(zhì)量允許偏差為±3%。
為什么要嚴格控制碳纖維布單位面積質(zhì)量？主要是因為織物太厚時，室溫固化型結(jié)構(gòu)膠將很難浸潤和滲透，極易因纖維內(nèi)部缺膠或膠液分布不均而嚴重影響碳纖維復合材料的粘結(jié)性能，致使被加固的結(jié)構(gòu)安全得不到保證。
▋ 碳纖維布的K數(shù)不合格
我們知道，加固工程用的碳纖維布是嚴禁使用大絲束碳纖維替代的。然而，目前市面上生產(chǎn)碳纖維布的廠家利用行業(yè)對碳纖維K數(shù)的不熟悉，大量以15k、18k、24k、36k，甚至48k的碳纖維來冒充12k，致使粘結(jié)質(zhì)量嚴重下降。
關于碳纖維布K數(shù)的準確識別方法，小悍在《碳纖維布的價格裸，但我知道你會買更貴的那個》一文中有詳細介紹，想要了解的朋友可以點擊前往觀看。
▋ 玄武巖纖維冒充
結(jié)構(gòu)加固用的碳纖維，嚴禁使用玄武巖纖維來代替。
由于玄武巖纖維抗拉強度低、彈性模量較低、耐堿性不如碳纖維、耐久性不強等原因，玄武巖纖維被禁止在加固工程中使用，但在實際加固工程中，一些玄武巖纖維常常被染制成近似于碳纖維制品的顏色，必須注意鑒別，防止勿用造成結(jié)構(gòu)安全隱患。
關于如何辨別玄武巖纖維，大家可以看看《玄武巖纖維用于結(jié)構(gòu)加固？后知道真相的我眼淚流下來》。
▋ 碳纖維布缺緯、脫緯、斷經(jīng)
嚴重的外觀缺陷，將會顯著影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力性能或耐久性能，不是小問題。
▋ 碳纖維布尺寸偏差過大
碳纖維布長度偏差允許值為±1.5%，寬度偏差允許值為±0.5%。過大的尺寸偏差可能影響結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的受力性能。碳纖維布的尺寸控制的越好，越能保證施工質(zhì)量符合結(jié)構(gòu)加固后的安全使用要求。
對加固負責，是一個碳纖維布生產(chǎn)廠家基本的要求。在市場的競爭中，加固材料企業(yè)不能停留在價格戰(zhàn)的思維，俗話說“一分價錢一分貨”，產(chǎn)品要賣很低的價格，商家就會不擇手段降低成本，一定會偷工減料。而加固材料企業(yè)現(xiàn)在要考慮的是，跳出價格門檻，怎樣用更先進，更安全的加固材料去保證結(jié)構(gòu)加固的效果得到提高。

碳纖維加固相信大家都不會陌生，作為一種新型的加固方法，碳纖維布輕質(zhì)高強，施工簡便的特性。在建筑加固行業(yè)中，碳纖維加固技術越來越火，
其在混凝土加固中，在混凝土梁、板、柱、橋墩等工程結(jié)構(gòu)中都能看到碳纖維的身影。作為一種新型的加固方法，與傳統(tǒng)加固方法相比，原來還有這么多的優(yōu)勢。
下面恒固就中肯的為大家介紹一下碳纖維布加固的優(yōu)勢和局限性。
碳纖維布加固技術的優(yōu)點
碳纖維布加固技術這幾年在建筑加固業(yè)內(nèi)躥紅，正是由于它有以下優(yōu)點。
1、采購成本低廉，也能從根本上降低工程造價；
2、因為產(chǎn)品質(zhì)量輕，密度比較低，在重量上所占不大比重，碳纖維布方便簡潔，可以像布一樣被裁剪，從而提高施工的效率；
3、碳纖維布可以根據(jù)需求進行多層粘貼，但不可超過4層; 養(yǎng)護十分簡單，一般情況下只需要加固一次，后期建筑不會產(chǎn)生任何問題。
4、在使用的過程當中基本上不會讓原來的固件尺寸發(fā)生明顯的改變，同時又不會影響到原來產(chǎn)品尺寸大小的材料。
5、碳纖維布加固時不需要動用大型機器。
6、碳纖維布是綠色、環(huán)保型的材料，具有耐腐蝕、耐久、耐濕熱老化、耐儲存等性能。
碳纖維的優(yōu)質(zhì)性能，在鋼結(jié)構(gòu)加固中得到了應用，而且它的應用很廣泛。碳纖維加固分為碳纖維布加固和碳纖維板加固，無論是布還是板加固也好，都能發(fā)揮出碳纖維材料的優(yōu)勢。
碳纖維布加固優(yōu)勢明顯，局限性也要知道。
碳纖維布加固的局限性
碳纖維布加固技術也一樣，有它的局限性。但是碳纖維復合材的性能還在不斷的提升中。
1、施工環(huán)境溫度在5～35℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于70%。
2、碳纖維的抗拉彈性模量相對其強度過低，其與鋼筋共同工作時，當鋼筋完全發(fā)揮強度時CFRP才發(fā)揮出不到20%的強度，從而在結(jié)構(gòu)的適用荷載內(nèi)無法充分利用碳纖維的強度。
3、目前碳纖維布市場魚龍混雜，普通難以辨別優(yōu)劣，還需要專業(yè)人士區(qū)分。
4、目前的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面，當試件的表面有一定的曲率時，CFRP在受拉的同時還將受到一個由曲率引起的剝離應力。
5、粘貼碳纖維布的時候，如果收到的力超過了極限值會出現(xiàn)斷裂。
碳纖維布加固能這么火，就說明了它在很多方面已經(jīng)勝過傳統(tǒng)加固方式。
在建筑加固時，要選擇合適的加固方法，選加固材料的時候要看它適不適合目前工程，還要看材料的質(zhì)量如何，這些都是會影響到建筑加固的質(zhì)量。