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碳纖維加固技術詳解

發布時間：2014-08-05

碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。

1、碳纖維介紹

　　碳纖維根據原料及生產方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產品包括PAN基碳纖維（高強度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。

2、環氧樹脂

　　不同類型的樹脂還可以保證其對砼具有良好的滲透作用，例如底涂樹脂；以及對碳纖維片與砼結構的粘接作用，例如環氧粘結樹脂等。

（1）環氧樹脂簡介

　　僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發揮其強大的力學特性及優越的耐久性能，只有通過環氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作，才能達到補強的目的。因此，環氧樹脂的性能是重要的關鍵之一。環氧樹脂因類型不同而有不同的性能，適應于各個部位的不同要求。例如底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內一定深度；粘貼碳纖維片的環氧樹脂易于"透"過碳纖維片，有很強的粘結力。依使用溫度的不同，樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。我公司使用的各類樹脂規格及性能（包括底層涂料的規格及性能、環氧膩子的規格及性能、粘結樹脂的規格及性能等均有詳細表格資料、以備索取）。

（2）物理性能

　　碳纖維片工法中使用了底涂、膩子、浸滲粘著樹脂等三種環氧樹脂。上述三種環氧樹脂的使用目的各不相同，其物性標準也不相同。

①底涂：粘著強度

　　底涂必須確實具有把作用在混凝土表面上的荷載傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此粘著強度成為制定其物性標準的重要依據。

②膩子：

壓縮強度·壓縮彈性率

　　膩子用于填充混凝土上的微小缺損部分。因此，要求必須具有與混凝土同等以上的壓縮強度。此外，還要求具有較高的壓縮彈性模量。根據以上理由，制定膩子的物性標準時主要根據其壓縮強度及壓縮彈性模量。

剪切強度·粘著強度

　　膩子與底涂一樣必須具有把因荷載作用等在混凝土表面上發生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據。

③ 粘著樹脂：

張拉強度·彎曲強度

　　碳纖維片工法系通過向碳纖維片內滲透浸滲粘著樹脂、通過固化形成CFRP。重要

的是固化后的CFRP的物性，而浸滲粘著樹脂本身的物性并非重要。但要想獲得良好的CFRP物性，浸滲粘著樹脂本身的物性確實也有影響。因此制定了最小限度的張拉強度及彎曲強度的物性標準。

剪切強度·粘著強度

　　浸滲粘著樹脂除滲透到碳纖維片內、通過固化形成CFRP之外，還具有粘著劑的功能。與膩子、底涂同樣，必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據。

相比之下，國產的樹脂材料目前缺乏配套產品，用途單一，且尚未制定出嚴格的物性標準。

2、碳纖維材料與其他加固材料對比

（1）抗拉強度：碳纖維的抗拉強度約為鋼材的10倍。

（2）彈性模量：碳纖維復合材料的拉伸彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。

（3）疲勞強度：碳纖維和芳綸纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲。金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30%～40%。由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70%～80%，并在破壞前有變形顯著的征兆。

（4）重量：約為鋼材的五分之一。

（5）與碳纖維板的比較：碳纖維片材可以粘貼在各種形狀的結構表面，而板材更適用于規則構件表面。此外，由于粘貼板材時底層樹脂的用量比片材多、厚度大，與混凝土界面的粘接強度不如片材。

3、材料性能

　　碳纖維片是以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有極其優越的品質：材料質輕高強，碳纖維片的抗拉強度比同截面鋼材高7~10倍，用環氧樹脂將它與結構物粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝土共同工作，獲得優異的補強效果，而結構物自重的增加幾乎可以忽略；其抗疲勞強度高，耐久性能好，耐磨損、抗老化等。注：設計厚度是按照碳纖維斷面積推算出的厚度，施工時用的片材含有集束用的預浸樹脂、玻璃纖維網和襯紙，其厚度與設計厚度不同。

4、工具簡介

（1）基底處理工具：

① 磨機：用于混凝土表面的打磨用

② 鏨子：用于剔鑿混凝土表面松散部位的混凝土殘渣

③ 鋼絲刷：用于清除混凝土表面的不潔污漬

（2）粘貼碳纖維：

① 調料容器：用于調和環氧樹脂用

② 衡器：用于稱量材料各組分的重量

③ 攪拌器：用于攪拌混合樹脂材料用

④ 刮板：用于修補凹凸不平及粘貼碳纖維撫平用

⑤ 滾筒刷：用于涂刷樹脂用

⑥ 羅拉：用于碳纖維的脫泡和壓緊用