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碳纤维加固新技术简介


一、材料介绍

碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性,属典型的高新技术产品,主要用于制备先进复合材料,广泛应用于宇航、体育用品领域、工业领域。
随着碳纤维成本的降低及先进低成本制造复合材料技术的突破,碳纤维复合材料在土木工程领域,作为最适合的纤维复合加固材料,其使用量正在逐年急剧增长。
碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比,具有节省空间,施工简便,不需要现场固定设施,施工质量易保证,基本不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外,采用该加固方法,可大大提高建筑物的使用寿命,降低加固成本。因此,碳素纤维作为划时代的补强材料,而备受青睐和关注。
1.1碳纤维布加固
粘贴碳纤维布结构加固技术是指采用配套的高性能树脂胶将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面,使两者共同工作,提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力,由此而达对建筑筑物进行加固、补强的目的。
碳纤维布加固技术的关键在于:
1、必须让配套的环氧树脂胶充分浸透碳纤维布,使全部细小碳纤维丝粘结称为整体,共同受力;
2、必须使碳纤维加固体系与既有结构之间粘结牢固,形成为整体。
1.2 预应力碳纤维板加固
碳纤维板是一种碳纤维加固补强单向板材,其成型工艺是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型。采用优质碳纤维原料与良好基本树脂,碳纤维板材具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能。制成的碳纤维单向板材能充分发挥碳纤维的强度和弹性模量,在施工时可免
碳纤维单向织物的树脂固化阶段,强度利用效率高,施工方便。碳纤维板弹性模量约为165~185GPa,抗拉强度高达2400~2800MPa。
预应力碳纤维板加固法具有以下优点:
(1)高强高效
预应力碳纤维板加固技术充分发挥了碳纤维材料的高强性能,有效提升结构承载力与抗弯刚度,节约碳纤维用量,降低工程总造价。
(2)重量轻、空间要求小
碳纤维比强度高、质量仅为钢的1/5,基本不增加原结构自重,碳纤维板可以盘卷,能以较大长度供应而无须搭接。没有湿作业,不需大型施工机具,施工占用场地少,加固完成后不影响原结构使用空间。
(3)良好的耐久性和耐腐蚀性
耐酸、碱、盐及大气环境的腐蚀,不须定期维护。
1.3 碳纤维布加固与预应力碳纤维板加固对比
碳纤维布加固施工方便,成本较低,无需复杂设备投入,施工期间,碳纤维布柔性可弯曲,可用于各种基面形式的加固。
而预应力碳纤维板锚固体系,通过对碳纤维施加了预应力,避免了碳纤维片材应变滞后的现象,使碳纤维板强度有效发挥,提升结构承载力,同时提高受弯构件的抗弯刚度,减小原构件的挠度,抑制构件变形和裂缝扩展,解决了碳纤维强度和弹性模量比值过高的矛盾。 
二、 施工工艺介绍
2.1 碳纤维布加固施工工艺
粘贴碳纤维布
碳纤维布施工顺序:
施工准备→裂缝处理→混凝土表面处理→粘贴基面找平处理→配制、涂刷浸渍胶→粘贴碳纤维布→质量检验与验收→表面防护处理。
粘贴碳纤维布之前,要将结构裂缝进行处理,并打磨平整。加固部位的混凝土表面应尽量打磨平整,局部表面高差不超过1mm,并清除存在的浮浆、油污。局部凹槽使用找平胶找平。采用找平材料处理转角部位应修理成光滑的圆弧,半径不应小于20mm。 配制浸渍胶、找平胶时严格按照厂家要求配比和工艺进行,搅拌均匀无起泡产生为止,并防止灰尘等杂质混入。
粘贴碳纤维布时候,沿纤维方向施加压力并向一个方向或从中间向两个方向滚动碾压(不允许来回反复滚动),使树脂胶液充分侵渍碳纤维布,形成复合材料,消除气泡和除去多余树脂,使碳纤维和底层充分粘接。严禁交叉垂直于碳纤维方向滚动碾压施工,以免出现折丝弯丝现象。
自然养护至达到设计要求需要3天左右,之后表面做防护层。
2.2 预应力碳纤维板加固施工工艺
体系构造:由预应力碳纤维板和两端刚性锚具组成。
通过两端锚具的夹片夹持向预应力碳板施加预应力,使碳板永久锚固在混凝土上,这样就沿结构件受弯拉的方向对混凝土施加了预压应力。可消除或减缓后加构件的应力滞后现象,使其与原构件一起工作。缩小原构件的裂缝宽度,甚至使其完全闭合,推迟混凝土裂缝的出现和开展。大幅度提高梁板的承载能力,达到真正意义的加固。

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