碳纤维加固

【学员问题】碳纤维加固方法的适用性？

【解答】碳纤维可成功地用于混凝土结构的抗震、抗剪和抗弯加固。但应该指出，由于碳纤维加固结构固有的一些受力特点，许多混凝土结构问题不适于用碳纤维进行加固，因此有必要对其适用性作出分析。

1、刚度问题

当混凝土楼、屋盖结构由于刚度不足，导致变形过大、开裂严重而影响使用时，不适合用粘贴碳纤维布的方法加固。研究表明，对于梁、板等横向受力构件，当用碳纤维进行加固时，在正常使用极限状态，碳纤维对结构刚度的提高作用小于10%，或基本没有提高。

2、碳纤维抗弯加固的适用范围

当混凝土结构由于抗弯承载力不够，采用碳纤维布进行加固时，加固结构的破坏形态一方面取决于原结构的配筋情况，另一方面取决于碳纤维的用量。现假设原结构为适筋构件，则加固结构的破坏形态可分为如下三种情况。

⑴碳纤维用量较少。破坏时受压区边缘混凝土压碎，受拉钢筋屈服，碳纤维可以达到较高的拉应变。

⑵碳纤维用量适中。破坏时受压区边缘混凝土压碎，受拉钢筋屈服，碳纤维可达到某一中等拉应变。

⑶碳纤维用量较多。破坏时受压区边缘混凝土压碎，受拉钢筋屈服，碳纤维应变很低。

上述三种情况，第三种情况由于碳纤维用量大且强度利用率低，不宜采用。第一种加固方法适用于截面高度较大的梁，第二种加固方法适用于截面高度较小的板或扁梁。这主要是由于对板或扁梁而言，在碳纤维未达到很高的拉应变时，结构就可能由于变形过大而破坏。具体界限取决于碳纤维极限拉应变和加载方式。

3、抗扭问题

关于用碳纤维材料进行混凝土结构的抗扭加固，目前国内外进行的研究很少。从混凝土结构的受扭破坏机理上看，不论使碳纤维的纤维方向垂直于轴线，还是平行于轴线，均可以约束扭转斜裂缝的发展，起到一定的加固效果。

但是，由于用碳纤维进行加固时，一方面构件裂缝已经形成，裂缝分布已经确定；另一方面由于碳纤维的极限应变可高达10000με以上，而普通钢筋应变不到2000με即已屈服，若应变加到4000με以上时混凝土裂缝宽度已开展很大，必然开始向其他表面发展，结构即已接近破坏，而此时碳纤维所能达到的应力可能还很低，因此碳纤维加固受扭构件的效果有必要通过进一步研究确定。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。

碳纤维加固方法在进行施工的时候比较方便，操作方式简单，施工的时候能够很好地控制工期，而且在施工中不需要大型施工设备，这样施工中不会受到空间的限制，同时，对交通也不会有很大的影响。将抗拉性能非常好的碳纤维布在出现裂缝的位置进行粘贴，能够有效提高原结构的承载能力，同时能对桥梁的使用性能进行一定的改善。在桥梁的主体应力方向进行碳纤维布的粘贴，这样能更好的提高桥梁的使用性能。在进行粘贴的时候，要对混凝土表面的裂缝进行必要的约束，这样能够防止混凝土出现更大的裂缝，避免施工中出现更多的问题。另外，对混凝土的抗弯刚度进行改善，能够更好的提高桥梁结构的受力情况。

碳纤维加固的施工工艺要点：1、选用优质粘结剂用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，但是碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作。因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作。

2、基底处理混凝土表面如出现脱落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除，基底处理干净，便于粘结剂与砼面牢固地结合。对于较大面积的劣质层，在凿除后应用环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的松散物、油污等杂物，构件基面的混凝土要打磨平整。混凝土表面最好用脱脂棉沾丙酮擦拭，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。

3、底胶的配置按配合比，即主剂∶固化剂＝3:1 来配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下20-50min 内用完。

4、碳纤维布粘贴与控制首先按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，再配制浸渍胶液，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。然后粘贴碳纤维布，粘贴时尽量不使空气进入。在确定所粘贴部位无误后，用刮板反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使粘结胶充分浸透碳纤维布，并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀。

5、成品保护及不合格品的控制加固后的碳纤维布表面应采用抹灰或喷防火涂料进行保护。施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。

碳纤维布具有很多好的特性，同时，在使用过程中不会出现腐蚀，具有很好的耐热性，在使用以后，对环境适应效果也非常好。这种材料在化学性质方面比较稳定，因此，施工后不会受到化学物质影响，在使用以后还具有很好的耐久性，因此，在桥梁使用过程中不会再出现其他问题。碳纤维布在使用以后，不会受到外界材料很大的影响，即使出现很大的自然灾害对其结构也不会产生很大的影响，因此，在施工中得到了广泛的应用。

碳纤维加固的特点：1、抗拉强度高。碳纤维材料的优异物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的；

2、自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸。并且柔性好，易于裁剪，适用范围广；

3、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，实验表明，碳纤维加固混凝土结构可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀；

4、施工工期短；

5、施工便捷。不需大型施工机构及周转材料，无湿作业，施工占用场地少，经济性好。

预应力碳纤维加固：

粘贴碳纤维加固法与体外预应力加固法相结合，在对CFRP片材施加预应力后，粘贴于被加固构件的受拉面，待胶粘剂完全固化后放张片材，利用胶粘剂所传递的剪应力对被加固构件受拉区施加预压应力。

以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成，供参考，如有问题请及时沟通、指正。