关于碳纤维在工程抗震加固中的应用
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摘要：我国作为一个地震多发国家，发生地震后，根据现场的调查分析，在这些受损房屋中，严重破坏的大部分和一般破坏的房屋都可以经过适当的维修与加固继续使用。加固方案的优劣，影响的不仅仅资金的投入，更重要的是影响加固质量。本文通过研究分析碳纤维的加固效果及其特点，为实际加固工程的应用打下坚实基础。
关键词：结构加固；碳纤维布加固
中图分类号：U457+.3 文献标识码：A文章编号：
Abstract: China as a country earthquakes are common, earthquake, according to the analysis of the investigation, in these damaged houses, the most serious damage and general damage houses may pass through the proper maintenance and strengthening continue to use. Reinforcing scheme, the disadvantages of influence capital investment not only, more important is influencing strengthening quality. This article through the research and analysis of carbon fiber reinforcement effect and the characteristic, for the application of the actual reinforcement engineering lay a solid foundation.
Keywords: structure reinforcement; Of carbon fibre reinforced
1. 背景
我国有三分之二的大城市处于地震区，历次地震都在不同程度上对建筑物造成了损坏。2008年5月12日， 四川汶川县发生里氏8.0级地震，震中位于汶川县映秀镇，震源深度 13 ～14 km。但是，地震过后，仍有许多的建筑物没有倒塌，这种已经损伤的建筑物是否仍可以继续使用，如何修复加固，已经摆在了我们的面前。由此可见，损伤建筑物的加固任务，不仅量大面广，而且任重道远。
2.结构加固概述
2.1 目前国内外加固方法简介
(1) 加大截面加固法：加大截面加固法是通过去增加原构件的受力钢筋，同时在外侧重新浇筑混凝土，以增大构件的截面尺寸，来达到提高承载力这一目的。其缺点是施工周期长，工程量大，增加了结构自重。
(2) 粘贴钢板加固法：粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制建筑结构胶粘贴钢板，以提高结构构件承载力的一种加固方法。该加固方法的缺点是对环境温湿度要求较高，钢板的锚固和粘结质量难以保证、耐腐蚀性差，且增加结构自重。
(3) 预应力加固法：预应力加固方法是通过预应力钢筋对构件施加体外预应力，以分担梁、屋架和柱子所承受的部分荷载，以此来提高构件的承载力。预应力拉杆加固广泛适用于受弯和受拉构件的加固，其优点是占用空间小、施工周期短。该方法的缺点是对原构件混凝土抗压强度要求比较高，且对施工技术要求较高，还存在施工时的侧向稳定问题等。
(4)粘贴纤维复合材料加固法：粘贴纤维复合材料加固法是应用纤维复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）对钢混、钢或者是其他构件和结构进行修复、加固和翻新的加固技术。该方法是将纤维片材采用高性能的环氧类结构胶粘贴于结构构件的表面，利用纤维材料较大的抗拉强度来增强构件承载能力和刚度的一种加固方法，广泛适用于混凝土结构的抗弯、抗扭、抗剪、抗震以及耐腐蚀等加固。目前在混凝土结构补强加固工程中常用的纤维聚合物主要有碳纤维增强聚合物（CFRP――Carbon Fiber Reinforced Polymer），玻璃纤维增强聚合物（GFRP――Glass Fiber Reinforeed Polymer）以及芳纶纤维增强聚合物（AFRP――Aramid Fiber Reinforced Polymer）。
2.2 碳纤维材料的特点
(1) 具有高强高效的特点
由于碳纤维材料具有优异的物理力学性能，在对混凝土结构进行加固补强过程中可以利用其高强度、高模量的特点来提高结构构件的承载力和延性，改善其受力性能，达到高效加固的目的。
(2) 具有协同工作的特点
由于碳纤维材料膨胀系数与混凝土相近，并且当环境温度产生变化时，CFRP与混凝土协同工作，不会产生温度应力。
(3) 具有耐腐蚀性能及耐久性的特点
碳纤维材料的化学性质稳定，不与酸碱盐等化学物质发生反应，因此加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性和耐久性，解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题。
(4) 具有不增加构件的自重及体积的特点
碳纤维布质量轻并且薄，经加固修补后的构件基本上不增加原结构的自重及尺寸，也不会减少建筑物的使用空间。
(5) 具有适用面广的特点
碳纤维布是一种柔性材料，并且可以任意地裁剪，所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型（如建筑物、隧道、涵洞、桥梁等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等）、各种结构部位的加固修补，并且不改变结构形状及不影响结构外观。
(6) 具有施工便利的特点
施工工序非常简单，可用小型电动工具操作，不像传统补强方法需要众多工种、大量劳动力、大型施工设备及吊装机械。
2.3 碳纤维布加固的施工特点
(1) 碳纤维加固施工便捷，工效高，没有湿作业，施工占用场地少，在现场使用时可以根据需要，用刀或剪子等工具任意裁剪，不像钢板一样要专门的切割工具。
(2) 为固定无需在原结构上打孔或钻孔，对原结构扰动小，且不影响其整体性。
(3) 施工质量更易保证。碳纤维布属柔性材料，即使被加固结构的表面是非常不平整，也可达到近100%的有效粘贴率，而其他的加固方法比如粘贴钢板，则很难达到如此高的有效粘贴率。
2.4 碳纤维布加固施工工艺
碳纤维布加固混凝土结构施工顺序为：
(1) 混凝土基底处理：混凝土表面应用砂轮打磨处理，除掉混凝土剥落和因模板对接不良而留下的混凝土凸头；转角部位修整为圆弧型（半径不小于200mm）；混凝土表面清理干净，对于较大面积的劣质层，在剔除后可用聚合物水泥砂浆进行修复。
(2) 涂刷基底胶料。用脱脂棉丙酮擦拭混凝土表面，将配置的胶料均匀涂抹于混凝土表面（可刷2遍），不得漏刷，待胶固化后，再进行下道工序。
(3) 找平胶料处理。用刮刀嵌刮找平胶料，修补平整混凝土表面，圆弧型的转角部位修整光滑，待找平胶料固化后，再进行下道工序。
(4) 涂刷粘贴胶料、配置、搅拌粘贴胶料，然后均匀涂抹在构件粘贴部位，搭接、拐角部位宜多抹。
(5) 粘贴碳纤维布。用硫子沿己按设计要求尺寸剪裁好的碳纤维布的同一方向，反复破压至胶料渗出碳纤维布表面，以驱除气泡，使胶料充分浸润碳纤维布。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，可采取针管注胶的方法进行补救；如需粘贴多层碳纤维布，应重复第4步和第5步，最后在最外层碳纤维布的表面均匀涂抹1层粘贴胶料。
(6) 养护。宜用聚乙烯板等维护结构的加固面（不要接触）养护24h以上。
(7) 表层处理。为保证粘结胶的耐久性及耐火性，应在碳纤维布外表面涂抹混凝土砂浆或采取其他围护措施。
结束语：
CFRP以其优异的性能成为土木工程领域受宠的新型材料，尤其与传统的钢筋混凝土结构相结合更能发挥其突出的优点.CFRP具有很大的研究推广价值和巨大的社会经济效益，随着研究工作的不断深入，这种材料必将得到广泛的应用。我国拥有巨大的建筑市场，随着经济建设的飞速发展，相信碳纤维布加固在我国土木工程领域将有美好广阔的前景。
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