(廣州大學(xué)土木工程學(xué)院　廣東　廣州　510006)

碳纖維布(carbon fiber sheet，CFS)加固混凝土技術(shù)，因為材料的優(yōu)良性能，使其成為非常具有極具潛力的一種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。其使用特制的改性環(huán)氧樹脂膠粘結(jié)劑將碳纖維布黏貼在其他構(gòu)件的表面，從而補(bǔ)強(qiáng)加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件及改善其受力性能。該技術(shù)適用于多種受力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，比如受彎、大偏心受壓、軸心受壓、及受拉構(gòu)件部分的加固。但是卻不適用于素混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，或者配筋率低的混凝土構(gòu)件。

一、碳纖維布及配套樹脂的材料性能

(一)碳纖維布的材料性能

CFS是單向碳纖維加固產(chǎn)品，由12K碳纖維絲織造的。CFS是由連續(xù)碳纖維單向或多向排列，一種布狀碳纖維制品，沒有經(jīng)過樹脂浸漬固化。CFS的厚度為0.111mm(200g)和0.167mm(300g)兩種，寬度可為100-500mm及其他工程所需的特殊寬度。CFS具有高強(qiáng)度，低密度，薄厚度，低構(gòu)件質(zhì)量增加量及低截面尺寸增加量。碳纖維布是由碳纖維和石墨纖維組成，其中的含碳量分別為碳95%與99%。目前，碳纖維主要由聚丙烯睛纖維為原料生產(chǎn)，其廣泛應(yīng)用于建筑物橋梁隧道等各類結(jié)構(gòu)類型及形狀的加固、修復(fù)和抗震及節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的加固。

(二)環(huán)氧樹脂的材料性能

環(huán)氧樹脂是有機(jī)高分子化合物。它是一類分子中含兩個及兩個以上環(huán)氧基團(tuán)，它的分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，正因為這樣，使它能和多類別的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而生成不熔或難容的高聚物。

(三)配套樹脂的材料性能

CFS主要有三種配套樹脂，根據(jù)功能不同，分別分為底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂。其中底層樹脂的主要作用滲透進(jìn)入混凝土里層，通過這種方式強(qiáng)化混凝土，進(jìn)而來達(dá)到提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的粘結(jié)性能。找平材料主要是用來修補(bǔ)混凝土的缺陷部位的，使混凝土更平整，能更好的與碳纖維布協(xié)同工作。浸漬樹脂主要是通過充分浸潤C(jī)FS，讓碳纖維絲能夠受力均勻，讓碳纖維布更好的達(dá)到效果。

二、碳纖維加固方式及施工工藝

(一)碳纖維加固方式

利用碳纖維材料進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，按照加固目的可劃分為以下幾種加固方式[1]：

1.受彎結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)：對于一般的受彎構(gòu)件，需要將碳纖維布順著構(gòu)件的受拉邊，讓碳纖維布承擔(dān)部分的拉力，在黏貼碳纖維布之前，需要進(jìn)行卸荷處理，從而提升構(gòu)件受彎承載力；

2.受剪加固補(bǔ)強(qiáng)：在梁、柱構(gòu)件中，抗剪不行，需要粘貼封閉式碳纖維環(huán)或者U形粘貼或側(cè)面粘貼碳纖維來起到箍筋的效果，從而對構(gòu)件受剪力加固；

3.抗震結(jié)構(gòu)加固：在混凝土表面粘貼封閉式CFS(纖維方向與柱軸線方向垂直)，可提升其抗震性能；

4.其它結(jié)構(gòu)加固形式：CFS粘貼于磚墻表面，提升磚墻整體結(jié)構(gòu)的受力性能等。

(二)碳纖維加固施工工藝

碳纖維布加固施工的注意事項如下[2]：

1.溫度要求

室溫和構(gòu)筑物溫度均≥5℃時方能施工，否則會影響施工和養(yǎng)護(hù)工作。同時，結(jié)構(gòu)體與環(huán)境溫度的溫差不可過大，防止在構(gòu)筑物表面結(jié)露，也可做加溫處理，以達(dá)到溫度要求。

2.濕度要求

當(dāng)下雨或天氣易結(jié)露時，施工面存在積水或濕度在≥85%，應(yīng)暫停施工。施工過程要防止發(fā)生漏水，應(yīng)做好防水、止水、導(dǎo)水設(shè)施建設(shè)。

3.施工面平整度要求

為保證粘貼效果，施工面的段面平整差要≤1mm；外轉(zhuǎn)角面圓弧R≥10mm(高模量型CFSR≥20mm)；內(nèi)轉(zhuǎn)角部要求圓滑。

4.對底層樹脂和浸漬樹脂使用上的要求

加溫可調(diào)整底層樹脂的粘度，但不能使用有機(jī)溶劑稀釋。粘結(jié)需使用主劑和硬化劑，將兩者混合時，對時間的要求嚴(yán)格，混合劑不能超過可使用時間范圍。施工CFS加固施工有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。如：1.構(gòu)筑物表面處理；2.施工面修整；3.涂底層樹脂；4.修整不平面；5.貼碳纖維；6.養(yǎng)護(hù)；7.表面防護(hù)。

三、極限粘結(jié)荷載的影響因素

(一)有效粘結(jié)長度對極限粘結(jié)荷載的的影響因素

粘結(jié)長度也會影響CFS與混凝土之間的極限粘結(jié)荷載作用。碳纖維與混凝土之間存在著有效粘結(jié)長度效應(yīng)，若粘結(jié)的長度大于有效值，極限粘結(jié)荷載將隨粘結(jié)長度的增加而緩慢增長。有效粘結(jié)長度還受混凝土強(qiáng)度、CFS剛度及寬度影響。

(二)附加錨固措施對極限粘結(jié)荷載的影響

沒有附加錨固措施的CFS與混凝土的極限粘結(jié)荷載較低，CFS能發(fā)揮其極限強(qiáng)度低，且隨著CFS厚度的增加而降低，為了讓CFS完全發(fā)揮其極限強(qiáng)度，需要進(jìn)行附加錨固措施處理。目前，常采在CFS表面粘貼U型碳纖維布箍(兩纖維受力方向垂)。如U型箍從CFS與混凝土表面脫落后，仍起作用。因此，可通過增加U型箍及粘結(jié)長度來提升極限粘結(jié)荷載，從而較好地解決CFS與混凝土極限粘結(jié)荷載不足的問題。

(三)碳纖維加固構(gòu)件的耐火性

CFS相比于其他加固技術(shù)，其具有施工高效便捷，耐強(qiáng)腐蝕，物理力學(xué)性能良好，且施工后不會改變原結(jié)構(gòu)構(gòu)型，抗疲勞強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。但CFS的耐火性能較差，隨著國內(nèi)外學(xué)者對CFS的高溫性能的試驗研究，已取得了突破性的進(jìn)展。因為該技術(shù)材料由初始鋼筋混凝土、CFS復(fù)合材料和粘結(jié)劑組成。這三類材料的耐火性能不同，當(dāng)構(gòu)件遇火時，只要破壞了其中某一部分，就會破壞加固構(gòu)件的協(xié)同作用，使得加固構(gòu)件的承載力大幅下降，最終導(dǎo)致整體建筑結(jié)構(gòu)的損傷或破壞。

四、結(jié)論

1.CFS的高強(qiáng)度、模量和優(yōu)異的抗腐蝕性能，使CFS成為一種良好的加固材料。

2.碳纖維加固法的優(yōu)勢：具有施工高效、便捷，耐腐蝕性能強(qiáng)，適用廣范，施工質(zhì)量易保證，且施工后不會改變原結(jié)構(gòu)構(gòu)型，物理力學(xué)性能良好，抗疲勞強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。

3.存在有效粘結(jié)長度。在有效粘結(jié)內(nèi)增加粘結(jié)長度，其極限粘結(jié)荷載增長較大，當(dāng)超過有效粘結(jié)長度時，增加粘結(jié)長度對極限粘結(jié)荷載影響不大。有效粘結(jié)長度主要的影響因素有受混凝土強(qiáng)度、CFS剛度及寬度。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐福泉.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁靜載性能研究[D].中國建筑科學(xué)研究院，2001.

[2]特希達(dá)碳素纖維片補(bǔ)強(qiáng)施工指南，北京特希達(dá)科技有限公司。

[3]賈了，張朝新，胡逾，等.粘鋼加固技術(shù)的發(fā)展尚待研究解決的基本問題.建筑物鑒定與加固論文集第三屆全國學(xué)術(shù)討論會(第一冊)，1995：120-122