碳纖維布加固技術(shù)在建筑上的應(yīng)用
目前，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式，成為我國(guó)乃至世界各國(guó)占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用。因此，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然災(zāi)害、年久失修以及人為因素、荷載等級(jí)提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足，影響正常使用和安全運(yùn)行，須對(duì)其進(jìn)行加固處理；加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想，致使加固維修問題更為突出，己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn)一步的發(fā)展。
加固改造具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：投資少、工期短、省空間，這些都會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益，特別是時(shí)間和空間的節(jié)省，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)來(lái)講，在效益方面往往起著決定性的作用。對(duì)承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固，不僅可以使的生命及財(cái)產(chǎn)得到保障，還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用，緩解人力、物力、資金緊張的情況，使資金投到需要的地方。
現(xiàn)有的加固方法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視，人們?cè)陂L(zhǎng)期地研究與實(shí)踐過程中，形成了多種加固方法，傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種①：
1）增大截面法
通過使用同質(zhì)材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積，來(lái)提高構(gòu)件承載力，同時(shí)加大截面剛度，增強(qiáng)抗震能力，工藝簡(jiǎn)單，適用面廣。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多，施工周期長(zhǎng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較大，如：減小使用空間，增加結(jié)構(gòu)自重等。
2）外包鋼法
以型鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角，對(duì)構(gòu)件的截面和外觀影響較小，較大幅度地提高承載力，施工簡(jiǎn)單，工作量小，增大延性，適用于加固混凝土柱、梁等結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)是用鋼量較大，抗腐蝕性和耐久性差，費(fèi)用高。
3）預(yù)應(yīng)力加固法
采用外加預(yù)應(yīng)力拉桿或型鋼撐桿進(jìn)行加固，降低應(yīng)力水平，提高承載力，幾乎不改變使用空間。缺點(diǎn)是耐火性、耐腐蝕性較差，且對(duì)施工設(shè)備、工序及施工人員的素質(zhì)要求較高。
4）增設(shè)支點(diǎn)法
增設(shè)支點(diǎn)是用減少構(gòu)件計(jì)算跨度，從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力，提高承載力，并且縮小裂縫寬度效果明顯。缺點(diǎn)是影響原結(jié)構(gòu)布局，使用功能受到限制。
5）托梁拔柱法
是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法，改造時(shí)間短、費(fèi)用低，缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、安全隱患大。適用于工業(yè)廠房的改造。
6）粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板粘貼在構(gòu)件外部來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。該方法幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間，施工簡(jiǎn)單快速，濕作業(yè)量小，但對(duì)構(gòu)件工作環(huán)境有要求，環(huán)境溫度不高于60℃，相對(duì)濕度不大于70%，無(wú)化學(xué)腐蝕。
傳統(tǒng)加固方法雖然種類較多，且每種加固方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但每種方法加固的綜合效果都不能完全滿足使用者的要求。隨著碳纖維增強(qiáng)塑料的出現(xiàn)及對(duì)其增強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深入，這種加固技術(shù)越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
碳纖維增強(qiáng)塑料（CarbonFiber Reinforced Plastics，下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)），具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐久性及抗腐蝕性等特點(diǎn)。該材料是在日本發(fā)明的，早應(yīng)用于航空航天，國(guó)外早對(duì)纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的是德國(guó)IBMB研究院和瑞士的EMPA實(shí)驗(yàn)室，日本、韓國(guó)和美國(guó)緊隨其后，碳纖維塑料對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù)②。
與傳統(tǒng)加固方法比較，碳纖維增強(qiáng)塑料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在③：
1）強(qiáng)度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì)，抗拉強(qiáng)度2500-4500MPa（是普通鋼材的10倍左右），彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強(qiáng)度來(lái)提高承載力，以其高彈性模量來(lái)改善結(jié)構(gòu)的延展性，從而達(dá)到加固的目的。
2）耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學(xué)特性，致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕，有良好的耐腐蝕性和耐久性，而且其本身還可以起到對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，間接增加了混凝土保護(hù)層，從而達(dá)到雙重效果。
3）不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕，厚度薄，粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸，不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4）適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料，可以方便地裁剪，所以這種加固技術(shù)可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型（如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等）、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等）、各種結(jié)構(gòu)部位（梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等），且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀，這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5）施工便捷高效
碳纖維布加固，無(wú)大型機(jī)具，沒有濕作業(yè)，占用場(chǎng)地少。施工工效高，粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證，碳纖維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟，易貼附，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整，也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點(diǎn)，為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術(shù)支持，決定了碳纖維加固技術(shù)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
碳纖維加固材料發(fā)展及其缺點(diǎn)
然而，隨著碳纖維材料在加固領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時(shí)，也存在著不足：
1）拉伸彈性模量相對(duì)于其強(qiáng)度過低
應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強(qiáng)度一般在3000MPa以上，而其彈性模量只有230GPa左右，高彈性模量的也不過380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強(qiáng)度，碳纖維布需相當(dāng)大的變形，當(dāng)與鋼筋共同工作時(shí)，鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)CFRP并未發(fā)揮出全部強(qiáng)度，從而無(wú)法充分利用碳纖維的強(qiáng)度，且難以有效地抑止結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
2）混凝土與碳纖維間的粘結(jié)層易破壞
環(huán)氧樹脂粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度與剪切變形是一定的，超過極限應(yīng)變后，粘結(jié)層將產(chǎn)生界面微裂縫，隨著微裂縫的不斷擴(kuò)展，后發(fā)生剝離破壞，所以粘貼CFRP片材加固有其限度，過量粘貼會(huì)導(dǎo)致界面無(wú)法傳遞足夠的剪應(yīng)力使得CFRP的強(qiáng)度無(wú)法得到充分利用，并且在構(gòu)件承受較大荷載時(shí)容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞。
現(xiàn)有的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面，當(dāng)試件的表面有一定的曲率時(shí)，CFRP在受拉的同時(shí)還會(huì)承受一個(gè)由曲率帶來(lái)的剝離應(yīng)力，這也會(huì)加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。
3）無(wú)屈服點(diǎn)，為脆性破壞
碳纖維布是一種線性材料，沒有像鋼筋那樣的屈服點(diǎn)，結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前沒有先兆，為脆性破壞。
粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對(duì)比
現(xiàn)代建筑中，粘鋼加固和碳纖維加固應(yīng)用較多，此處將兩種加固方法進(jìn)行對(duì)比：
碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng)，厚度為0.111-0.167mm，抗拉強(qiáng)度高，為普通鋼材的8-10倍，但各向異性，即抗拉強(qiáng)度高但抗剪強(qiáng)度低；施工更為簡(jiǎn)便，施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學(xué)性能為各項(xiàng)同性，受力性能好；施工時(shí)需夾具和施工機(jī)具，施工工序和施工操作性較碳纖維布復(fù)雜。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)地迅猛發(fā)展，各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關(guān)注，如何在確保安全的前提下，低投資帶來(lái)高回報(bào)，成為新時(shí)代的焦點(diǎn)。以醫(yī)院等公共建筑為例，新的醫(yī)療設(shè)備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整，對(duì)原有結(jié)構(gòu)提出了需求，如何在短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求，盡可能減少對(duì)社會(huì)的損失，都值得我們認(rèn)真思考。
碳纖維布具有強(qiáng)度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的加固材料、新的加固技術(shù)，必將為建設(shè)注入新的色彩。

碳纖維布加固材料的價(jià)格會(huì)隨著哪些因素而波動(dòng)？
面會(huì)出現(xiàn)問題的建筑物，很多人都會(huì)優(yōu)先選擇使用碳纖維材料對(duì)這些有問題的建筑物進(jìn)行加固維修。為什么碳纖維材料如此受歡迎呢？主要是因?yàn)楹推渌募庸滩牧舷啾?，碳纖維布加固材料具有諸多的優(yōu)勢(shì)。比如：價(jià)格低廉、負(fù)重較低、在惡劣環(huán)境中依然能夠順利施工等。
雖然碳纖維材料的市場(chǎng)價(jià)格并不高，不過，也有諸多的因素會(huì)影響到碳纖維材料的市場(chǎng)售價(jià)，大家知道哪些因素會(huì)影響碳纖維材料的價(jià)格波動(dòng)嗎？如果大家不清楚的話，就跟著小編一起來(lái)了解下吧。
一、材料的質(zhì)量
大家在選購(gòu)碳纖維材料時(shí)，會(huì)首先考慮到材料的性價(jià)比，對(duì)于所有的加固材料來(lái)講，材料的質(zhì)量都是要放在位考慮的。不同質(zhì)量等級(jí)的碳纖維材料，其市場(chǎng)價(jià)格也是有較大的差異的。我們?cè)谶x購(gòu)碳纖維材料時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加固的要求進(jìn)行針對(duì)性的選擇。
二、施工淡旺季
在施工旺季時(shí)，各個(gè)施工單位對(duì)碳纖維材料的需求量也更多。碳纖維材料的市場(chǎng)價(jià)格受到供求關(guān)系的影響。由于在旺季對(duì)碳纖維材料的整體需求量較多，這時(shí)供小于求，加固材料的市場(chǎng)價(jià)格會(huì)有所上漲。在施工淡季時(shí)，由于各個(gè)施工單位接單量較少，對(duì)碳纖維材料的需求量也逐漸減少。這時(shí)，很多廠家生產(chǎn)的碳纖維材料都會(huì)積壓，大多數(shù)的廠家為了盡快銷售完碳纖維材料，都會(huì)適當(dāng)?shù)慕档蛢r(jià)格，以期有更多的客戶購(gòu)買。
三、使用壽命
大多數(shù)的碳纖維材料使用壽命都能夠超過50年以上，能夠完全滿足客戶的使用需求。我們?cè)谶x購(gòu)碳纖維材料時(shí)，也要關(guān)注到使用壽命這一個(gè)特點(diǎn)，有些質(zhì)量等級(jí)較低的碳纖維材料，使用壽命往往達(dá)不到50年，這類加固材料的市場(chǎng)售價(jià)也會(huì)相對(duì)較低一些，對(duì)于有特殊要求的客戶，也可以選擇這類加固材料。
四、材料的性能優(yōu)劣
不同廠商生產(chǎn)的碳纖維材料，其性能也是存在較大的差異的?，F(xiàn)在客戶在選擇碳纖維材料時(shí)，對(duì)其的要求也越來(lái)越高?？蛻舨粌H會(huì)關(guān)注加固材料的市場(chǎng)售價(jià)，也會(huì)關(guān)注材料的性能和施工的便利性?？蛻粼谶x購(gòu)材料時(shí)，務(wù)必要注意到一點(diǎn)，必須擦亮雙眼，避免選購(gòu)到假冒偽劣的材料，以免在施工的過程中發(fā)現(xiàn)問題，到時(shí)候還需要重新加固。
不同廠商生產(chǎn)的碳纖維材料，市場(chǎng)售價(jià)也是完全不同的。小編在上述的內(nèi)容中介紹的四個(gè)方面，都會(huì)影響到碳纖維材料的市場(chǎng)價(jià)格，客戶在選購(gòu)加固材料時(shí)，在淡季時(shí)低價(jià)買進(jìn)，能夠節(jié)省較多的費(fèi)用。另外，我們?cè)谶x擇施工單位時(shí)，選擇較久的施工單位，如果可行的話，優(yōu)先選擇施工經(jīng)驗(yàn)超過十年的施工單位。這類施工單位的施工人員完全掌握了碳纖維加固的施工技巧和精髓，能夠保證施工的質(zhì)量。

碳纖維布加固橋梁受力分析
碳纖維布新材料的發(fā)現(xiàn)是土木工程發(fā)展新的推動(dòng)力，碳纖維布加固法也被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的優(yōu)選加固方法，其施工工藝亦較簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討一下碳纖維布加固橋梁受力的特點(diǎn)。
1.將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力,且改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布程度小。
2.沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布,兩端分別設(shè)置錨固端,可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴(kuò)大,提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。
3.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋,因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時(shí),在提高受彎承載力的同時(shí)還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過多時(shí),構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐?。還因碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋共同工作會(huì)減弱鋼筋塑性性能,碳纖維布用量過多,構(gòu)件延性將有所降低。
4.碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)物后破壞形式變化為突然性(拉斷或剝離等脆性破壞),其承載力極限狀態(tài)應(yīng)按碳纖維抗拉強(qiáng)度的2/3進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算,不能按普通鋼筋混凝土考慮。
5.碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力,其作用機(jī)理類似箍筋,同時(shí)還能明顯改善構(gòu)件的變形性能,增強(qiáng)構(gòu)件的變形能力。

碳纖維布加固的特點(diǎn)
1、引言碳纖維布加固法是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，并與結(jié)構(gòu)形成整體受力體系，增強(qiáng)被加固結(jié)構(gòu)的抗彎或抗剪能力，從而達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。
碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)法，始于二十世紀(jì)八十年代美、日等國(guó)家，目前是國(guó)際土木工程領(lǐng)域開發(fā)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。我國(guó)是在1997年才正式開始對(duì)碳纖維類加固技術(shù)進(jìn)行研究的，并在1998年開始了實(shí)際的工程應(yīng)用。
2、碳纖維加固特點(diǎn)
強(qiáng)度高,與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比，碳纖維布加固法具有很明顯的優(yōu)越性：碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度高于普通鋼材的10倍，極適合于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)；其輕質(zhì)柔軟，適用面廣，施工便捷，尤其是可在不中斷交通時(shí)進(jìn)行加固施工；加固厚度小，可不增加原結(jié)構(gòu)的恒載，特別適用于建筑高度受限制情況下加固補(bǔ)強(qiáng)；同時(shí)還具有良好的耐久性及耐腐蝕性等。
不增加恒載及斷面尺寸碳纖維布的自重僅為200～300克／平方米，設(shè)計(jì)厚度為0.111—0.167mm，加上環(huán)氧樹脂系列的粘結(jié)材料的自重也很輕，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空的影響微乎甚微，可忽略不計(jì)。同時(shí)，碳纖維布可以多層粘貼。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)的要求，碳纖維布可以在一個(gè)部位重疊粘貼，充分滿足補(bǔ)強(qiáng)的要求。這一優(yōu)點(diǎn)更是傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方式所難以比擬的。
施工簡(jiǎn)便
碳纖維布柔軟，對(duì)被補(bǔ)強(qiáng)物沒有形狀要求，無(wú)需預(yù)制材料、大型施工機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，并且工期短。采用碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)系采用碳纖維膠粘結(jié)材料進(jìn)行粘貼，不需要設(shè)置錨固及開鑿混凝土等，因而不會(huì)對(duì)已經(jīng)損傷的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的破壞，更可避免鉆孔時(shí)與結(jié)構(gòu)內(nèi)原有鋼筋和預(yù)應(yīng)力素發(fā)生沖突而引起新的問題。能有效地封閉混凝土的裂縫
碳纖維布(片)粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，其高強(qiáng)高模量的特性還約束了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的生成與擴(kuò)展，改變了裂縫的形態(tài)，使寬而深的裂縫變成分散的細(xì)微裂縫，從而提高了混凝土構(gòu)件的整體剛度。
碳纖維布具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性碳纖維布是一種復(fù)合材料，幾乎無(wú)腐蝕性和磁性以及具有較好的耐熱性，不僅能經(jīng)得起水泥堿性的侵蝕，而且當(dāng)應(yīng)用于經(jīng)常受鹽害侵蝕等腐蝕性環(huán)境時(shí)，其壽命也較長(zhǎng)（200年）。因而碳纖維布加固法，在不利環(huán)境下較其它方法更顯出其優(yōu)異性。
不影響結(jié)構(gòu)的外觀碳纖維布的厚度很薄，粘貼固化后其表面還可以涂刷一層與原有結(jié)構(gòu)外觀顏色一致的涂料，而不影響結(jié)構(gòu)的外觀。