碳纖維補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)

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碳纖維是目前世界上已知的工程材料中比強(qiáng)度最高的，特別突出的是具有極高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。碳纖維布制成復(fù)合材料后的比重降低至鋼鐵的五分之一，是非常輕質(zhì)的材料。同時(shí)，碳纖維又是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料。工程用的碳纖維是以高純度的聚丙烯腈（PAN）為原料經(jīng)過(guò)高溫碳化等特殊工藝加工成極細(xì)的纖維絲，使一定量纖維的表面積增大很多，更利于加強(qiáng)與樹(shù)脂膠的結(jié)合。施工中，樹(shù)脂膠充分進(jìn)入纖維之間，將各條纖維絲完全包裹起來(lái)，形成物理性能優(yōu)異的復(fù)合材料。測(cè)試證明，碳纖維的抗拉強(qiáng)度可達(dá)4500N/mm2以上，形成復(fù)合材料后為3500N/mm2以上，分別是普通合金結(jié)構(gòu)鋼的9倍和7倍左右。碳纖維復(fù)合材料的彈性模量略高于普通鋼材，碳纖維材料還具有優(yōu)異的抗腐蝕性，對(duì)空氣中氯離子含量高的沿海地區(qū)的結(jié)構(gòu)加固工程特別適用。

　　碳纖維增強(qiáng)水泥：混凝土、水泥灰漿、水泥砂漿系列材料價(jià)格低廉，耐火、耐熱、耐蝕性能優(yōu)良，壓縮強(qiáng)度也高，因此在土木建筑、海洋工程方面被大量使用。碳纖維增強(qiáng)水泥復(fù)合材料，在承受負(fù)荷時(shí)表面不再產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的龜裂，其拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度、彎曲韌性比不增強(qiáng)的高幾倍到十幾倍。其耐沖擊性也得到改善。

　　由它制成的構(gòu)件尺寸穩(wěn)定，同時(shí)還具有防靜電性、耐磨耗、耐腐蝕等性能，因而這些技術(shù)近年來(lái)得到較快發(fā)展。國(guó)外用碳纖維增強(qiáng)水泥的典型例子是：伊拉克巴格達(dá)建成的AL－Shaheecl紀(jì)念碑，在此大型建筑結(jié)構(gòu)上全面使用了碳纖維增強(qiáng)水泥；日本東京的37層的ARK事務(wù)所大樓外墻裝修的幕墻，由碳纖維增強(qiáng)水泥灰漿制造。此后日本又陸續(xù)在大型建筑物上應(yīng)用，并應(yīng)用到橋梁建設(shè)中。

當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)加固主要是應(yīng)用碳纖片材。

　　碳纖片材：有板狀和布狀編物兩種，碳纖布更能適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)外形的需要。碳纖布性能優(yōu)劣除強(qiáng)度指標(biāo)外，很重要的一點(diǎn)是對(duì)粘結(jié)劑的滲透性，和對(duì)粘結(jié)劑的消泡性能，這主要取決于碳纖布的編織技術(shù)，有些片材未經(jīng)編織或無(wú)間隙，均會(huì)影響粘貼效果。主要的使用方法是將浸透了樹(shù)脂膠的碳纖維布貼合到鋼筋混凝土的受拉部位，如橋板的底面、梁體或橋墩的表面，并使其與混凝土結(jié)合成為一體，從而達(dá)到加固結(jié)構(gòu)的目的。本方法還被廣泛地用于隧道襯砌、建筑物的梁、柱等混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)工程。國(guó)內(nèi)工程界已注意到此新興的領(lǐng)域，各高等院校競(jìng)相投入在量人力和資金，成立課題組進(jìn)行專題研究，相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范正在審批中。近年國(guó)內(nèi)許多加固工程已相繼采用碳纖布進(jìn)行加固，遍及建筑結(jié)構(gòu)和鐵路、公路橋梁，如廣州古建筑六榕塔、廣州市某立交簡(jiǎn)支梁橋、某高架路預(yù)應(yīng)力箱梁、某高架路墩柱、?？谑腥嗣駱虻?；碳纖布加固突出的優(yōu)點(diǎn)是加固后基本上不改變結(jié)構(gòu)的外形，稍作處理則類似裝修，在某五星級(jí)賓館的梁板加固中被優(yōu)先采用；但總的來(lái)說(shuō)碳纖加固技術(shù)的應(yīng)用在我國(guó)仍處于起步階段，據(jù)有關(guān)報(bào)道，去年廣州全年碳纖布用量?jī)H為數(shù)千平米，相對(duì)于大量有待維修加固的橋梁和建筑物這是一個(gè)十分小的數(shù)字，應(yīng)用前景應(yīng)是很廣闊的。

　　碳纖棒材：代替鋼筋用于特種建筑結(jié)構(gòu)，還在研究階段

1.碳纖維布主要性能，碳纖維布的品質(zhì)規(guī)格

測(cè)試項(xiàng)目
 測(cè)試方法(JIS R)　
 單位　
 規(guī)　　格　　值　
 
NAC-700-20　
 NAC-700-30
 NAC-700HM
 
單位面積重量
 7602　
 g/ m2　
 200~225
 300~325
 300~325　
 
比重
 7601　
 ---　
 1.80±0.04
 1.84±0.04　
 
抗拉強(qiáng)度
 7601　
 N/mm2