碳纖維補強加固混凝土結(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度最高的，特別突出的是具有極高的抗拉強度和彈性模量。碳纖維布制成復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，碳纖維又是一種力學性能優(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)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲，使一定量纖維的表面積增大很多，更利于加強與樹脂膠的結(jié)合。施工中，樹脂膠充分進入纖維之間，將各條纖維絲完全包裹起來，形成物理性能優(yōu)異的復合材料。測試證明，碳纖維的抗拉強度可達4500N/mm2以上，形成復合材料后為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。

　　碳纖維增強水泥：混凝土、水泥灰漿、水泥砂漿系列材料價格低廉，耐火、耐熱、耐蝕性能優(yōu)良，壓縮強度也高，因此在土木建筑、海洋工程方面被大量使用。碳纖維增強水泥復合材料，在承受負荷時表面不再產(chǎn)生肉眼可見的龜裂，其拉伸強度和彎曲強度、彎曲韌性比不增強的高幾倍到十幾倍。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)近年來得到較快發(fā)展。國外用碳纖維增強水泥的典型例子是：伊拉克巴格達建成的AL－Shaheecl紀念碑，在此大型建筑結(jié)構(gòu)上全面使用了碳纖維增強水泥；日本東京的37層的ARK事務所大樓外墻裝修的幕墻，由碳纖維增強水泥灰漿制造。此后日本又陸續(xù)在大型建筑物上應用，并應用到橋梁建設(shè)中。

當前工程結(jié)構(gòu)加固主要是應用碳纖片材。

　　碳纖片材：有板狀和布狀編物兩種，碳纖布更能適應不同結(jié)構(gòu)外形的需要。碳纖布性能優(yōu)劣除強度指標外，很重要的一點是對粘結(jié)劑的滲透性，和對粘結(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)編織或無間隙，均會影響粘貼效果。主要的使用方法是將浸透了樹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)的加固補強工程。國內(nèi)工程界已注意到此新興的領(lǐng)域，各高等院校競相投入在量人力和資金，成立課題組進行專題研究，相應設(shè)計規(guī)范正在審批中。近年國內(nèi)許多加固工程已相繼采用碳纖布進行加固，遍及建筑結(jié)構(gòu)和鐵路、公路橋梁，如廣州古建筑六榕塔、廣州市某立交簡支梁橋、某高架路預應力箱梁、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，在某五星級賓館的梁板加固中被優(yōu)先采用；但總的來說碳纖加固技術(shù)的應用在我國仍處于起步階段，據(jù)有關(guān)報道，去年廣州全年碳纖布用量僅為數(shù)千平米，相對于大量有待維修加固的橋梁和建筑物這是一個十分小的數(shù)字，應用前景應是很廣闊的。

　　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

測試項目
 測試方法(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　
 
抗拉強度
 7601　
 N/mm2