广西贵港碳纤维加固公司 咨询：186 7023 8925刘工

 碳纤维在土木工程中的应用

2．1 碳纤维发展的社会背景

随着建筑业的发展，原有的房屋、桥梁、特别是大型的基础设施工程在使用一段时间后，出现老化和破损，不得不再花巨资进行加固和修复。据专家预测，如果没有根本性的技术革新，社会将负担庞大的基础设施的维修和管理费用。[11]目前，一种新兴的加固技术——碳纤维复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic，简称CFRP）加固修补混凝土结构技术，将有效地解决上述问题。

碳纤维技术在结构加固中的应用,首先由瑞典人Meier用来加固桥梁，然后由日本人在80发展起来的。起因是80初，日本政府强制要求提升路桥运载能力，组织专家组进行调查，发现大量的桥梁需要加固。90初，日本人已成功地将这项技术用于上千个工程项目中。1995年，阪神大地震后，日本的碳纤维布用量已达到数百万平方米[2]。

2 .2碳纤维加固基本原理、适用范围及特点

2．2．1碳纤维加固基本原理

该方法采用同一方向排列的碳纤维织物，在常温下用环氧树脂胶预浸，沿受力方向或垂直于裂缝方向紧密粘贴在需要补强的混凝土结构表面，形成复合材料体，二者作为一个新的整体，使增强贴片与原有的钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗弯或抗剪能力,提高强度、抗裂性和结构的延性，控制裂缝的继续发展，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。

2．2．2碳纤维加固适用范围

碳纤维在土木工程的应用主要有碳纤维布、碳纤维板、碳纤维型材、短碳纤维等，而当前用量最大和最普遍的是碳纤维布。由于结构加固主要利用碳纤维布的高抗拉性能，因此它主要用于桥梁、工业与民用建筑中的钢筋混凝土梁、板、柱、剪力墙，涵洞、隧道、衬砌、钢筋混凝土烟囱、筒仓、水池侧壁等,这些都可采用碳纤维进行修复、补强、加固，而且也很适用于古建筑物或砌体结构的维修加固、恢复和提高结构的承载能力和抗裂性能。

2．2．3碳纤维加固特点

碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP）这种高性能材料较其它传统加固法（如加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、预应力加固法、增设支点加固法、裂缝修补法、喷射混凝土加固法、缠绕钢丝加固法等）有着独特的优越性，这种新兴的加固技术脱颖而出，较好地解决了上述传统加固方法的问题，已被人们认识，并逐渐应用于钢筋混凝土梁、柱、桥墩等各种混凝土结构的加固改造中。碳纤维增强复合材料具有轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、施工简便、不影响结构的外观等优异特性，该项加固技术较之传统的修复补强施工工艺具有明显的优越性。

碳纤维的主要特点有：

a)  材料轻质高强。碳纤维片材的抗拉强度比同截面钢材高 7 ～ 10 倍，而结构自重的增加几乎可以忽略。

b)  抗腐蚀。碳纤维片材与环氧树脂胶结合附于混凝土表面,能有效地防止混凝土和钢筋免受酸、碱、盐、水等介质的腐蚀。使用这种方法对结构进行加固处理后，不仅不需要如粘钢板加固法所需的定期防锈维护，节省了大笔维修费用，而且其本身可以起到对内部混凝土结构的保护作用，达到双重目的。

c)  耐老化。碳纤维片材与环氧树脂胶结材料本身及经其补强的混凝土构件可以长期承受紫外线、核幅射。

d)  耐热性。碳纤维片本身具有非常优异的耐热性能，但因为环氧树脂在接近 80 ℃ 时发生软化，所以碳纤维增强复合材料的耐热温度为 80 ℃ 。

e)  保持结构原状，外形美观。不论方形、矩形、六角形及各类不规则形，加固后均可保持物体原状，不影响表面装饰。

施工简便、快捷。不需要大型施工机具，施工占用场地少，有时还可以在生产和设施正常运营的条件下施工，避免停产、停运的困难和损失，而且一般只需手工操作，施工进度快。

g)  碳纤维复合材料的疲劳强度高。再循环次数为两百万次，碳纤维复合材料的强度能达到其一次抗拉强度的70%。

h)  适用面广。粘贴碳纤维布加固修补混凝土结构可以广泛应用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁、隧道、涵洞等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构）、各种结构部位（如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等）的加固补修，而且不改变结构形状及不影响结果的外观，尤其对于大型土木工程结构，采用碳纤维布加固法效果比较好。

2．3碳纤维的规格、性能及相关材料技术指标

2．3．1 碳纤维的规格及材料性能

碳纤维片材修复补强混凝土结构所用材料，可以分为碳纤维片材和与其相配套的专用环氧树脂两大类。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍左右，而弹性模量与钢材相当，某些种类(如高弹性)碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能和耐久性良好，是一种有效的加固修复材料。

2．3．2碳纤维胶结材料性能指标

采用碳纤维片材对混凝土结构加固时，应采用与碳纤维片材配套的底层树脂、找平材料、浸渍树脂或粘结树脂。配套树脂分别由主剂和固化剂配制而成；分为适合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主剂和固化剂分别包装，在现场使用时，应按工艺要求、按照规定的比例混合均匀，以形成所需要的底涂树脂、找平树脂、粘结树脂。

2．4 粘贴碳纤维的施工工艺及施工要求

2．4．1粘贴碳纤维的施工工艺

材料准备：粘贴用碳纤维布；树脂粘结剂，包括底涂、主涂。

其他准备工作：施工工具、电源及脚手架，以及必要的防护。

定位放线：按照设计图纸，设计部位进行放线定位。

混凝土表面处理:

表面酥松混凝土剔凿：用小锤将表层可能剥落层轻轻凿除并清洗。

表面修补：使用环氧砂浆对混凝土表面蜂窝、麻面、空洞及漏筋等质量问题

进行修补；对混凝土表面轻微气泡孔或模板棱可由底涂找平处理。

混凝土表面打磨：用角磨机对粘贴面进行打磨直至完全露出混凝土结构新面，除去表面浮浆、油污等杂质。要求打磨后表面光滑平整无棱角，转角粘贴处打磨出圆弧。

配制并涂刷底层树脂：按照产品厂商提供的工艺规定配制底层树脂。该树脂为双组分材料，要求配比准确。利用滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷在混凝土表面，养护6小时左右，指触不

粘。

配制粘贴树脂：按照产品厂商提供的工艺规定配制粘贴树脂。该树脂为双组分材料，要求配比准确，并将配制好的粘贴树脂均匀的涂抹于粘贴部位。纤维下料：按照设计图纸要求的尺寸裁剪碳纤维布。

粘贴碳纤维布：将裁剪好的碳纤维布用粘贴树脂浸渍，用手轻压粘贴于需要粘贴的部位，采用滚筒顺碳纤维布方向多次滚压、挤除气泡，使粘贴树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴时需等上层碳纤维布表面的粘贴树脂干燥后进行。最后在粘贴好的碳纤维布表面均匀涂刷粘贴树脂。

养护：对粘贴好的碳纤维进行保护，在粘结树脂完全固化前不得扰动。如施工温度低于5℃，应对新粘贴碳纤维进行升温养护，养护方式可使用火炉、碘钨灯、电热毯等。