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【摘 要】 碳纤维结构加固改造修复混凝土技术是一项目前在国际上正在普遍应用的技术，能广泛应用于各种建筑物结构加固上，同传统的加固的方法相比有很多优点。碳纤维结构加固技术是为了对建筑物进行加固、补强，而采用高性能粘结剂，将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，从而提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力的技术。本文就针对碳纤维结构加固进行深入的探索与研究，對其进行全面的分析。
【关键词】 碳纤维;结构;加固
利用碳纤维材料为主要原料的碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术。始于20世纪80年代美、日等发达国家，我国起步较晚，发展较快，建筑领域从80年代后半期开始把它作为钢筋、预应力混凝土钢材的替代材料加以研究，并作为预应力混凝土桥梁的张拉材料、建筑物的外墙材料、既有结构物的加固材料等加以利用，已经产生较大的经济效益。
一、碳纤维结构加固技术简介
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维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。
使用碳纤维加固具有以下几个优点：a、强度高，效果好;b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;c、自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好，易于裁剪，适应范围广;d、施工简便（不需大型施工机械及周转材料），易于操作，经济性好;e、施工工期短;因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可;另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
二、高强碳纤维材料的特性
碳纤维是一种由有机母体纤维（例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下去除碳以外的所有元素制成的新型非金属材料。具有高比强、高比模、耐疲劳、抗蠕变、比耐热钢还耐高温、比不锈钢还耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右，是铝的二分之一，钢的五分之一。尽管碳纤维质量轻，但它强度高，有很高的“比强度”（比强度=材料的强度极限/材料的单位重），碳纤维还有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异宝贵的电学、热学和力学性能。
三、碳纤维加固的原理
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍;但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
四、碳纤维材料在结构加固方面的运用
1.碳纤维材料结构加固适用范围碳纤维材料适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、烟囱、筒体、壳体等结构;另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
2.碳纤维材料结构加固施工过程中的技术特点碳纤维比重小，施工便捷，加固以后不影响外观和自重。碳纤维比重只有钢铁的1/4，厚度小于0.5mm，可以在基本不增加原结构自重及截面尺寸的状况下，发挥强大的补强加固效果。补强功能全面，耐久性能好，还有优良的抗紫外线及抗环境老化性能。
3.碳纤维片材加固修复混凝土结构规范采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴在构件表面，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。
4.碳纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固：在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致;采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂直;采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向与柱轴向垂;当有可靠依据时，碳纤维片材也可用它形式和其它受力状况的混凝土结构构件的加固;采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算;钢筋和混凝土材料，根据检测得到的实际强度，按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标。
5.碳纤维复合材料加固结构的功能和特点
用碳纤维复合材料加固混凝土结构，可以起到以下作用：
（1）提高结构抗剪切能力。碳纤维包覆结构柱（方柱和圆柱等）或墩（桥墩和闸墩等），由于碳纤维的横向约束作用改变了柱或墩的受力状态，可提高其抗剪切能力和轴压承载力，尤其是在发生地震时，能有效地防止柱或墩产生脆裂性破坏。
（2）提高结构抗弯曲能力。一般碳纤维布粘贴在梁或板的底部后，当梁或板产生弯曲变形时，碳纤维布与梁或板内的钢筋联合受力，共同工作，可有效地提高梁或板抵抗弯曲变形的能力。
（3）延长结构使用寿命。由于用碳纤维布包覆混凝土结构提高了结构的延性和承载能力，同时又对结构起到防护作用，因此可延长结构的使用年限。
（4）推迟裂缝出现，抑制裂缝继续扩展。混凝土结构被碳纤维布包覆后，抗裂能力有了很大提高，因此可推迟裂缝出现时间。对结构已产生的裂缝，可有效地抑制其继续发展。 6.碳纤维复合材料加固结构的特点如下：
（1）纤维布有单向、双向、任意方向和双向45。交叉布料，也可以根据主应力方向定制。单向碳纖维布纵（经）向铺设，有利于设计人员根据结构具体情况，将碳纤维布粘贴到受力补强最佳的部位。
（2）碳纤维布横（纬）向有尼龙线结连接，使纤维布在裁剪或粘贴时无松散、变形之忧，可保证每根纤维都不会受损，充分发挥纤维的强度。
（3）节约材料，降低成本。碳纤维布规格有很多种，便于结构补强设计时灵活掌握。同时碳纤维布也可以根据结构加固需要，很容易地裁剪成任意宽度和长度;且裁剪时不会有一根纤维会散落，纬向损耗为0。
（4）碳纤维重量轻，一般采用手工作业，不需要大型机械，施工空间小，粘合率可达100%，施工简便，施工质量容易保证;同时施工进度也快，比粘钢补强加固工作效率提高4～5倍。
五、碳纤维材料发展前境
碳纤维的诸多优异特性，碳纤维应用的范围越来越广。从50年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学，到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。同时，随着高性能及超高性能的碳纤维的相继出现，它应用的范围越来越广，如A380、波音777、美国新型主战坦克，碳纤维比重占到15%以上。同时，随着碳纤维加工技术的普及，它的应用范围自80年代起逐渐涉及到民用方面。到目前为止，我国各种应用占碳纤维率需求比例分别为体育30%，航空10%，工业60%。
六、结语
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料（如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料）的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个碳纤维材料广泛应用的时代。
参考文献：
[1]付琳.碳纤维材料在三家子水库除险加固工程中的应用[期刊论文]《建筑与预算》.2013年
[2]陈斌.碳纤维材料在结构加固中的运用[期刊论文]《硅谷》. 2008年
[3]李宏斌.CFRP在结构加固中的应用与研究[期刊论文]《科技讯》.2009年
[4]武学刚碳纤维复合材料在混凝土栈桥加固工程中的应用[期刊论文]《黑龙江科技信息》.2008年
【关键词】 碳纤维;结构;加固
利用碳纤维材料为主要原料的碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术。始于20世纪80年代美、日等发达国家，我国起步较晚，发展较快，建筑领域从80年代后半期开始把它作为钢筋、预应力混凝土钢材的替代材料加以研究，并作为预应力混凝土桥梁的张拉材料、建筑物的外墙材料、既有结构物的加固材料等加以利用，已经产生较大的经济效益。
一、碳纤维结构加固技术简介
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维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。
使用碳纤维加固具有以下几个优点：a、强度高，效果好;b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;c、自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好，易于裁剪，适应范围广;d、施工简便（不需大型施工机械及周转材料），易于操作，经济性好;e、施工工期短;因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可;另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
二、高强碳纤维材料的特性
碳纤维是一种由有机母体纤维（例如粘胶丝、聚丙烯腈或沥青）采用高温分解法在1000～3000度高温的惰性气体下去除碳以外的所有元素制成的新型非金属材料。具有高比强、高比模、耐疲劳、抗蠕变、比耐热钢还耐高温、比不锈钢还耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右，是铝的二分之一，钢的五分之一。尽管碳纤维质量轻，但它强度高，有很高的“比强度”（比强度=材料的强度极限/材料的单位重），碳纤维还有极好的纤度（纤度的表示法之一是9000米长的纤维的克数），一般仅约为19克;拉力高达300KG/MM2;目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多的优异宝贵的电学、热学和力学性能。
三、碳纤维加固的原理
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍;但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
四、碳纤维材料在结构加固方面的运用
1.碳纤维材料结构加固适用范围碳纤维材料适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、烟囱、筒体、壳体等结构;另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
2.碳纤维材料结构加固施工过程中的技术特点碳纤维比重小，施工便捷，加固以后不影响外观和自重。碳纤维比重只有钢铁的1/4，厚度小于0.5mm，可以在基本不增加原结构自重及截面尺寸的状况下，发挥强大的补强加固效果。补强功能全面，耐久性能好，还有优良的抗紫外线及抗环境老化性能。
3.碳纤维片材加固修复混凝土结构规范采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴在构件表面，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。
4.碳纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固：在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致;采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂直;采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，纤维方向与柱轴向垂;当有可靠依据时，碳纤维片材也可用它形式和其它受力状况的混凝土结构构件的加固;采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算;钢筋和混凝土材料，根据检测得到的实际强度，按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标。
5.碳纤维复合材料加固结构的功能和特点
用碳纤维复合材料加固混凝土结构，可以起到以下作用：
（1）提高结构抗剪切能力。碳纤维包覆结构柱（方柱和圆柱等）或墩（桥墩和闸墩等），由于碳纤维的横向约束作用改变了柱或墩的受力状态，可提高其抗剪切能力和轴压承载力，尤其是在发生地震时，能有效地防止柱或墩产生脆裂性破坏。
（2）提高结构抗弯曲能力。一般碳纤维布粘贴在梁或板的底部后，当梁或板产生弯曲变形时，碳纤维布与梁或板内的钢筋联合受力，共同工作，可有效地提高梁或板抵抗弯曲变形的能力。
（3）延长结构使用寿命。由于用碳纤维布包覆混凝土结构提高了结构的延性和承载能力，同时又对结构起到防护作用，因此可延长结构的使用年限。
（4）推迟裂缝出现，抑制裂缝继续扩展。混凝土结构被碳纤维布包覆后，抗裂能力有了很大提高，因此可推迟裂缝出现时间。对结构已产生的裂缝，可有效地抑制其继续发展。 6.碳纤维复合材料加固结构的特点如下：
（1）纤维布有单向、双向、任意方向和双向45。交叉布料，也可以根据主应力方向定制。单向碳纖维布纵（经）向铺设，有利于设计人员根据结构具体情况，将碳纤维布粘贴到受力补强最佳的部位。
（2）碳纤维布横（纬）向有尼龙线结连接，使纤维布在裁剪或粘贴时无松散、变形之忧，可保证每根纤维都不会受损，充分发挥纤维的强度。
（3）节约材料，降低成本。碳纤维布规格有很多种，便于结构补强设计时灵活掌握。同时碳纤维布也可以根据结构加固需要，很容易地裁剪成任意宽度和长度;且裁剪时不会有一根纤维会散落，纬向损耗为0。
（4）碳纤维重量轻，一般采用手工作业，不需要大型机械，施工空间小，粘合率可达100%，施工简便，施工质量容易保证;同时施工进度也快，比粘钢补强加固工作效率提高4～5倍。
五、碳纤维材料发展前境
碳纤维的诸多优异特性，碳纤维应用的范围越来越广。从50年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学，到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。同时，随着高性能及超高性能的碳纤维的相继出现，它应用的范围越来越广，如A380、波音777、美国新型主战坦克，碳纤维比重占到15%以上。同时，随着碳纤维加工技术的普及，它的应用范围自80年代起逐渐涉及到民用方面。到目前为止，我国各种应用占碳纤维率需求比例分别为体育30%，航空10%，工业60%。
六、结语
材料的比强度愈高，则构件自重愈小，比模量愈高，则构件的刚度愈大，从这个意义上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，综观多种新兴的复合材料（如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料）的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个碳纤维材料广泛应用的时代。
参考文献：
[1]付琳.碳纤维材料在三家子水库除险加固工程中的应用[期刊论文]《建筑与预算》.2013年
[2]陈斌.碳纤维材料在结构加固中的运用[期刊论文]《硅谷》. 2008年
[3]李宏斌.CFRP在结构加固中的应用与研究[期刊论文]《科技讯》.2009年
[4]武学刚碳纤维复合材料在混凝土栈桥加固工程中的应用[期刊论文]《黑龙江科技信息》.2008年