碳纖維本身的抗拉強(qiáng)度是很高的,復(fù)合后表現(xiàn)的自然是增強(qiáng)效果。碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)主要是通過建筑結(jié)構(gòu)膠將兩者粘結(jié)成一體,保證兩者共同受力,而且碳纖維布材料輕且薄,基本不增加結(jié)構(gòu)自重,同時還能提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延性,改善受力性能。重要的一點(diǎn)是對于碳纖維布和混凝土結(jié)構(gòu)界面力學(xué)性能的研究加快了該加固技術(shù)的使用。
像碳纖維布、鋼筋、竹子這些材料,很容易彎曲。所以,往往產(chǎn)生疑問,為什么這些東西,能用在很堅(jiān)固的建筑上面,作為承重呢?
換個角度,你就明白了。比如把這些材料兩端拉直,固定好,在上面放東西。即使承拉能力差的幾根竹子,在承載幾頓的重物下,也不會產(chǎn)生大的形變。碳纖維布,加固鋼筋混凝土的原理也是如此。假設(shè)對一個樓板進(jìn)行加固,在樓板底部用工業(yè)膠固定好碳纖維布。這時候,把樓板中間鋼筋全部切斷,那么樓板就相當(dāng)于重物,而碳纖維布就相當(dāng)于被拉直,死死固定在兩端,支撐住樓板,而自身不會產(chǎn)生大的形變。并且碳纖維同時具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和熱膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。
這個時候,令人擔(dān)心的,反而是固定住碳纖維布的膠能不能死死的粘住梁、樓板跟碳纖維布,固定時使用的膠的好壞也是非常重要的。

碳纖維布加固技術(shù)于國內(nèi)早通過的規(guī)范是《碳纖維布片加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146:2003,現(xiàn)已經(jīng)被新的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50367-2013代替,使用碳纖維加固技術(shù)是采用配套粘結(jié)樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,形成一個新的復(fù)合體使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋混凝同受力。增大結(jié)構(gòu)的抗拉或抗剪能力,提高強(qiáng)度、抗裂性、結(jié)構(gòu)的延性和抗震加固的作用。
(一)碳纖維加固適用范圍
纖維類材料加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是采用配套粘結(jié)樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。適用于建筑梁、板、柱、墻等的加固,以及橋梁、隧道、煙囪、筒倉等其它土木工程的加固補(bǔ)強(qiáng)。加固方法普遍適用于房屋建筑和一般構(gòu)筑物中承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件,對于受壓構(gòu)件、剛度不足構(gòu)件、承受動荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均不適合使用。對砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固中也可以應(yīng)用。采用碳纖維布材加固的混凝土結(jié)構(gòu),長期使用環(huán)境溫度一般不能大于60°C,特殊環(huán)境下采用此技術(shù),必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。
(二)碳纖維布材加固混凝土結(jié)構(gòu)原理
構(gòu)件外部粘貼碳纖維布材加固法是根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力分析計(jì)算結(jié)果和受力特征,應(yīng)用配套樹脂將碳纖維布材粘貼于強(qiáng)度不滿足受力要求的混凝土構(gòu)件外部相應(yīng)部位,以達(dá)到構(gòu)件滿足承載力要求的一種補(bǔ)強(qiáng)加固方法。
外部粘貼碳纖維加固法的加固原理與粘貼鋼板加固基本相同,是利用其配套樹脂的抗剪切強(qiáng)度將混凝土構(gòu)件承擔(dān)的荷載傳遞給碳纖維布材,使后粘貼碳纖維布材和原鋼筋混凝土構(gòu)件共同承受外部荷載作用力的一種加固方法。
因同屬構(gòu)件外部粘貼加固,碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)也存在應(yīng)力滯后、應(yīng)變超前和卸荷的問題。設(shè)計(jì)施工時可根據(jù)直接卸荷和間接卸荷的適用范圍來確定采取不同的卸荷方式。
(三)外部粘貼碳纖維加固與外部粘貼鋼板加固優(yōu)缺點(diǎn)分析比較:
碳纖維材料本身相對比強(qiáng)度高、重量輕,加固施工后基本不改變原結(jié)構(gòu)的外型尺寸,同時基本不增加原結(jié)構(gòu)自重;碳纖維加固施工工藝流程簡單,施工工期短、效率高;碳纖維自身彈性模量高,加固后對溫度裂縫、銹脹裂縫等細(xì)微變形控制效果較好;碳纖維加固幾乎不用栓錨固定和外物加壓,對混凝土原結(jié)構(gòu)幾乎沒有破壞;采用碳纖維加固法加固施工后,裝飾施工時無須處理界面,只在碳纖維布材施工后工序時灑砂粘貼即可;碳纖維加固雙層或三層粘貼時,因自身厚度較薄,幾乎沒有因厚度增加的剪力力矩影響,所以加固效果較好;碳纖維布材因其材料自身的柔韌性、可纏繞性,對狹窄工作面的加固施工加固效果獨(dú)特;碳纖維布材為各向異性材料,加固設(shè)計(jì)時一般只是利用其縱向的高強(qiáng)來補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件的拉彎強(qiáng)度,對于抗壓構(gòu)件和受力復(fù)雜的構(gòu)件加固效果較差;碳纖維加固一般不能補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的剛度,用板材補(bǔ)強(qiáng)造價較高,其綜合效果不如粘貼鋼板或型鋼加固。

現(xiàn)實(shí)生活中我們會碰到很多混凝土層面的問題,有很多情況下,混凝土或多或少會出現(xiàn)一些避免不了的問題,所以我們應(yīng)該積極的去了解碳纖維布加固碰到實(shí)際問題的時候能夠產(chǎn)生什么樣意想不到的作用,
實(shí)際情況當(dāng)中碳纖維布適用于混泥土結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)的加固,效果是可觀的,不僅僅是能夠起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的效果,還有碳纖維布材料本身具備的屬性,故受到廣泛好評。
但是使用方法不當(dāng)也會使碳纖維布性能下降,達(dá)不到預(yù)期的加固效果。尤其是已建成的混凝土結(jié)構(gòu)的加固,更需要注意一些細(xì)節(jié),以免造成損失。
此處以曼卡特碳纖維布為例,介紹一般碳纖維布的加固方法:
1、基面處理 ,基材表面應(yīng)全面打磨,無任何附著物。由于使用碳纖維布材的目的在于改進(jìn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件,應(yīng)確定基面的狀況,以保證其能夠?qū)⒑奢d從布料傳遞至結(jié)構(gòu)表面。
2、滾涂底層環(huán)氧樹脂膠,并修正不合處(建議使用曼卡特配套環(huán)氧樹脂找平膠),上墨線。
3、滾涂環(huán)氧樹脂浸漬膠(建議使用曼卡特配套環(huán)氧樹脂浸漬膠)到粘結(jié)面上,膠量必須充足飽滿。
4、將裁剪好的碳纖維布貼于混凝土涂膠面,碳纖維布要平直、延展。
5、再次在布材面上滾涂環(huán)氧樹脂浸漬膠(建議使用曼卡特配套環(huán)氧樹脂浸漬膠),保證充分覆蓋布的表面,確保充分浸潤碳纖維布的纖維中。
6、使用硬橡膠棍或塑料刮板反復(fù)碾壓促使碳纖維布平直、延展、無氣泡,粘合劑充分滲透。
7、再次涂膠滲透,并使用刮板反復(fù)刮壓脫泡。
8、后用3—6mm的沙石(石英砂)噴灑在涂有膠的施工面上,確保粉刷層的粘結(jié)性。在這里,
實(shí)際施工過程中有很多需要注意的事項(xiàng),能夠使得其效果能夠更大程度上發(fā)揮作用:
1、基面處理時,要確保無任何附著物。尤其是已建成的混凝土結(jié)構(gòu),表面會有較厚的涂層,貼布前須清理干凈,并對表面進(jìn)行平整。
2、盡量使碳布平直、延展,以發(fā)揮碳纖維布的效力。(上墨線等方法)
3、如對混凝土裂縫進(jìn)行加固,碳布應(yīng)延裂縫的垂直方向粘貼,裁剪長度應(yīng)長于裂縫10公分。
4、粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角,小內(nèi)徑為20mm。基面轉(zhuǎn)角處應(yīng)處理成光滑的圓弧。因?yàn)樘祭w維布抗折抗彎強(qiáng)度較差。應(yīng)避免直角彎折。
5、碳纖維布如有接頭,搭接長度應(yīng)為20mm,且接頭應(yīng)在基材全長的1/3處,不得在基材的中間。
6、涂抹浸漬膠,膠量要充足,使碳布充分浸透。

碳纖維布主要應(yīng)用于以下五個領(lǐng)域:
一是在宇航:主要應(yīng)用于機(jī)身、方向舵、火箭的發(fā)動機(jī)殼、散流器、太陽能電池板等;二是體育器材:主要應(yīng)用于汽車部件、摩托車零件、釣魚桿、棒球棍、滑雪橇、快艇、羽毛球拍等;三是工業(yè):主要應(yīng)用于發(fā)動機(jī)部件、風(fēng)機(jī)葉片、傳動軸、以及電器零部件等;四是消防:適用于部隊(duì)、消防、鋼廠等特殊類的防火服制作;五是建筑:建筑物使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強(qiáng)度等級低于設(shè)計(jì)值。
結(jié)構(gòu)裂縫處理、惡劣環(huán)境服役構(gòu)件修繕、防護(hù);執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB50550-2010建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范,防火等級:A級-不燃,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB8624-2006,德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4102 A1級,土木建筑,橋梁、隧道、混凝土結(jié)構(gòu)抗震、加固、補(bǔ)強(qiáng)材料:碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)成完整的同固碳纖維布材增強(qiáng)體系。該體系適用于梁、 柱、板、隧道、圓形、弧等。
應(yīng)用性能主要提現(xiàn)以下幾點(diǎn): 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;陽臺根部斷裂加固。
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