碳纤维复合材料在钢筋混凝土加固中的应用

陈亮亮

[摘要]碳纤维具有单位强度高、质量轻、耐疲劳等多个优点，通过粘结剂与混凝土结合后，可提高其抗拉强度及有效传递力，从而达到良好的加固补强效果。本文论述了碳纤维的适用范围，分析总结了碳纤维的粘结剂与加固修复施工工艺。

[关键词]碳纤维；适用范围；加固；修复；施工技术

文章编号：2095-4085（2015）12-0071-02

碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维的自重较轻，其密度仅为普通钢材的20%左右，但其抗拉强度可达普通钢材的10倍。钢筋混凝土加固需要两种性质差异不大的材料结合，事实证明碳纤维与钢筋混凝土加固不会出现搭配问题，且碳纤维加固混凝土结构不需要增加螺栓及铆钉固定，对原混凝土结构损害和变动较小。

1 适用范围

碳纤维按其主要原料分为三类，即聚丙烯腈（PAN）基碳纤维、沥青（PITCH）基碳纤维和粘胶（RAYON）基碳纤维。通过实际工程应用发现，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维最符合建筑承重结构的安全性及耐久性要求。粘胶（RAYON）基碳纤维的应用性能和质量较差，不适用于建筑承重结构的加固；沥青（PITCH）基碳纤维只有中、高模量的长丝，仅适用于高刚性材料的加固场合。目前碳纤维加固方法仅适用于钢筋混凝土受弯、受拉、轴心受压和大偏心受压构件的加固。小偏心受压构件如果采用此加固方法，其纵向受拉钢筋达不到屈服强度将造成材料的极大浪费。

2 围束加固

柱或桥墩在轴力增大的情况下，会产生向外的膨胀力，如果没有箍筋或外力加以约束，必然导致混凝土爆裂破坏，此时的约束外力主要为拉力。可采用粘贴钢板施工方法处理，但相比之下采用碳纤维作围束加固明显具有优势。

3 受弯加固

梁和板在荷载增加或使用用途改变，导致其原有强度不足时，可采用碳纤维加固技术。特别要注意的是纤维复合材的粘贴应由轴向延伸至支座边缘，并且要在纤维复合材料端部、截断处及荷载集中作用点的两侧，设置U形箍（对梁）或横向压条（对板）。钢筋混凝土结构构件加固完成后，其正截面受弯承载力不应超过40%的提高幅度，并验算其受剪承载力，避免构件受剪破坏先于受弯破坏。经过大量工程实践总结，受弯构件斜截面的加固构造上，只允许采用环形箍、自锁式U形箍、加锚U形箍以及加织物压条的一般U形箍，不允许仅在侧面粘贴条带受剪。

4 粘结剂

粘贴纤维复合材料的胶粘剂一般是可燃的，这一点要在施工时加以注意。为确保加固结构的安全性，胶粘剂的抗剪强度标准值应符合保证率95%的要求，概率（即置信水平为）为0.9。承重结构用的胶粘剂，必须进行粘结抗剪强度检验。由于不饱和聚酯、树脂及醇酸树脂的耐潮湿性、耐水性及耐老化性极差，因此不允许用作承重结构加固的胶粘剂。

5 施工工艺

碳纤维加固施工工艺：定位放线→基层处理（裂缝处理，混凝土表面清洁）→找平处理→涂刷底层树脂（厚度小于0.4 mm）→粘贴碳纤维片材→涂刷面料→固化养护→竣工验收。施工温度为5℃～35℃，相对湿度小于85%。如果原结构混凝土强度过低，其与碳纤维布粘结强度也会不高，因此被加固的结构构件中混凝土的强度不得低于C15，混凝土表面的正拉粘结强度至少要达到1.5MPa。

6 结语

我国于2014年6月1日实施的《混凝土结构加固设计规范》（GB 50367-2013），是我国现行最新的关于纤维和纤维复合材料在混凝土结构加固方面的标准和规范。由于我国工程建设结构中使用碳纤维的时间较短，因此正确标准的掌握其应用技术尤为重要。同时由于纤维及纤维复合材料自身的优点和特性，该项应用技术会在实际工程中得到广泛应用。