碳纤维加固-厦门碳纤维加固

碳纤维CFRP增强材料的特点及力学性能国内外比较分析

 1 前言

在工程材料中，纤维增强材料是一种新型的材料，它有很多特性，像耐腐蚀、耐紫外线、轻质、高强度和非磁性等都是它的特点，由于它们在物理学性能方面有大的提升，从而碳纤维（CFRP）材料成为一种性能优良的复合材料。CFRP刚开始只用于**、军事和船舶工程领域，随后范围越来越大，现今已经应用在土木工程领域。80年代末期到90年代初这段时间里，在发达国家像欧美和日本等国家加固修复混凝土结构的技术逐渐兴起，目前土木工程领域研究的主要话题就是这项技术。

碳纤维在我国的研制时间较早，它经过40年的研制过程。在这个过程中，因为外国不允许碳纤维生产技术的运行，并且对它进行严格封锁这一举动严重的限制了我们国家碳纤维工业的进一步发展。后碳纤维的工业能够取得重大突破这属于我国科技工作者的功能，这是他们的自强不息、自力更生的结果。

2 CFRP增强材料的特点及力学性能

碳纤维增强塑料是一种复合型的材料，另外它也是碳纤维目前主要的应用领域。碳纤维是指含碳比较高的新型纤维材料，一般情况下我们都是利用含有碳物质的**纤维来做制作原料，像腈纶丝、沥青及粘胶纤维都可以作为我们取料的东西，将它们与塑料树脂相结合，一起存放在惰性气体中，碳化以后便会形成新纤维材料。这种材料是新材料**，也有“黑色黄金”的美称，因为它有高的强度、小的密度、耐腐蚀、导电性强等特点，同时它也是电学、热学以及力学中的新型材料。

在对土木工程结构进行补强时，可以利用碳纤维物理力学这一个优越的性能，多多使用碳纤维片材，由日本生产的碳纤维片在我们国家很常用。它的种类非常多，主要包括有单向片、单向预浸片、单向织布、双向织布这四种。我们知道预浸料碳纤维（CF）被称为是CFRP增强材料的一种，它必须达到强抗拉、弹性模量、延伸率等规定的性能，要想使得它能够长期使用就无比保证它具有高的密度、浸透性、均匀度、耐腐蚀性。

3 CFRP增强材料的应用现状

3.1 国外

在发达国家CFRP的使用较为广泛，如美国、日本，其主要是利用CFRP对混凝土结构进行再次固定可修补。80年代末及90年代初，它已经得到了大量的研究，大学、科研机构、材料生产厂家等都愿意投入资本进行CFRP的进一步研究，CFRP之所以能得到如此多的**，这取决于它优良的特性，非常优异的力学性能、较为简便的工艺作品、好的抗腐蚀性和使用时间长等都是大众的所喜爱的。CFRP能够在日本、韩国、美国及欧洲这些国家和地区有迅速发展主要是日本阪神地震引起的，正是由于这种原因，所以我们便可知道CFRP可以快速的修复并固定混凝土，在建筑业这个领域，新型材料不断兴起，碳纤维已经在外国的一些发达国家里变得非常常见。

CFRP的应用形式主要是以下几种：一种是把比较短的碳纤维夹杂到混凝土里从而形成一种新型的材料，可以将其应用在一些新建结构中；二种是将丝状的碳纤维做成棒状，可以在新建结构中替换新混凝土里面的钢筋，在海洋工程结构与一些需要电磁波穿过的工程结构里比较长用；三种是将碳纤维经过加工而变成一束一束的形状或者像绳子那样的形状，主要可以在需要进行拉索的一些较为大型的土木工程；四种可以在新建结构中使用，使用时主要是将它与混凝土结合从而制成有用的混凝土板或者是大跨梁等，这样的混凝土板有高的强度，并且质量非常轻便；若将它放在有关公路的一些工程，便能提高公路的质量；通常我们也会使用碳纤维做织物，然后便可进行修补与二次固定。

3.2 国内

由于我们国家比较落后，因此CFRP加固修补混凝土结构这项技术在我国应用比较迟，但是之后又进行了研究，现在已经呈现出上升局势。之前只有国家工业建筑诊断与工程技术研究中心这一个单位愿意对CFRP加固修补混凝土结构技术进行研究，随着之后的发展，慢慢才在一些**的大学尝试进行研究，主要参与的学校有清华大学、同济大学、天津大学、东南大学、大连理工大学等，并且它们在板、梁、柱等的模型实验、加固施工工艺及加固性能评价这三大方面取得了非常大的成果，在民用建筑、桥梁和隧道还有公路工程已经开始使用，并且发现运行的非常好。纤维增强材料加固混凝土结构规范这项研究慢慢有单位开始研究了，这是值得开心的事情，这个课题现已成为建设部研究的，但是它还在起步阶段，需要经历很长的路。

4 CFRP增强材料在室内装修改造中的应用实例一

CFRP增强材料有环保、耐磨的特点，现今被应用在房间装修或改造的也屡见不鲜。当房主不喜欢事先准备好的房子的构造时，便可根据自己的想法设计房子，但是若是拆掉某一个承重墙这是非常危险的，这时只有我们的碳纤维材料能够解决这项难题。

房间装修时，碳材料的使用地点有以下几个：一个是可以做非承重墙的帘墙板，它是种不易变老并且机械性强的质量较轻的板，通常是在高楼大厦或者海边建筑物中使用。二个是作为房顶防水的涂层，通常会将它涂在房顶的表面，这样会防止房顶风化和有效地减少房子露水的现象的发生，同时我们的房子也不失美观。三个是电磁屏蔽板和导电板，一般利用碳纤维较高的导电性能快速的消除一些静电，主要包括来自大气的放电和雷击的静电。四个是可以用在防止墙外表被腐蚀，可以增强地板的使用时间等。五个是在开门洞的应用，利用碳纤维布未进一步的固定。下面是碳纤维关于房间内部装修改造的一个例子。

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 碳纤维加固碳纤维加固一．施工前的控制：

1.材料及文件资料

植筋所用的钢筋品种、质量和性能应符合GB5367-2006《混凝土结构加固设计规范》中的规定。检查设计图纸及相关文件是否齐全。植筋胶的出厂质量保证书（检验报告、性能指标、生产日期、产品标准号）质量合格证，产品安装（使用）说明书和进场后的复检报告。

 二．施工过程控制

1.植筋的施工工艺

放线→钻孔→清孔→注胶→植筋→养护

2.质量控制要点

⑴放线

参照钢筋混凝土验收规范的要求。主要包括梁、板、柱的外边线和轴线，偏差在±5mm；植筋的位置线。

主要控制植入钢筋的保护层厚度和间距的要求。植筋时如遇钢筋需移位，根据经验，移位距离在2d范围内。

⑵清孔

钻孔后要用毛刷和酒精棉丝把孔清理干净，孔壁上不得有水和灰尘，否则会影响胶体和原结构的粘结性。

⑶孔径和孔深

要根据所用植筋胶的厂家要求来确定孔径和孔深，若有设计要求按设计要求确定，孔径偏差在﹢2mm范围内；孔深在+20mm范围内；钻孔的垂直度偏差在0~10°，水平度偏差50~200。

⑷植筋

植筋前要先对钢筋进行除锈处理，植筋时要螺旋插入钢筋。

⑸养护

养护时间要根据厂家提供的材料决定，植入钢筋养护期间，不得对其进行扰动，期满后方可受力。

 粘钢控制要点 

一．施工前的控制：

1.材料及文件资料

粘钢所用的钢材品种、质量和性能应符合设计要求和有关规范规定。检查设计图纸及相关文件是否齐全。粘钢胶和防火涂料的出厂质量保证书（检验报告、性能指标、生产日期、产品标准号）质量合格证，产品安装（使用）说明书和进场后的复检报告；

二．施工过程控制

1.粘钢施工工艺

混凝土基面处理及放线→钢板制作→涂刷结构胶→钢板固定→养护→防火处理

2.质量控制要点

⑴混凝土基面处理

要对加固的混凝土结构面进行打磨处理，打磨到出现新结构面为止；对于蜂窝、麻面要进行剔凿并采用修补砂浆进行修补。

⑵钢板制作

钢板要进行除锈处理后才能粘贴，其下料尺寸要严格按照图纸要求。

⑶涂刷结构胶

在钢板上涂刷结构胶要饱满、均匀。

⑷养护

根据胶体的养护时间进行现场养护，特殊季节时要有养护措施，在养护期间不得对胶体进行扰动或其他焊接工艺。

三．质量验收检查

1.表观检查是否有空鼓，如有空鼓，采取补强措施。

2.做粘钢模拟件的拉拔试验。

3.防火涂料涂刷后要有消防部门的检测报告（此项应甲方或监理的要求）。

 控制要点

一．施工前的控制：

1.材料及文件资料

包钢所用的钢材品种、质量和性能应符合设计要求和有关规范规定。检查设计图纸及相关文件是否齐全。包钢胶和防火涂料的出厂质量保证书（检验报告、性能指标、生产日期、产品标准号）质量合格证，产品安装（使用）说明书和进场后的复检报告。

二．施工过程控制

1.包钢施工工艺

混凝土基面处理及放线→钢板制作→植入化学锚栓→钢板安装与焊接→灌注结构胶→养护→防火处理

2.质量控制要点

⑴混凝土基面处理及放线

要对混凝土加固的结构面进行打磨或清洗处理，对蜂窝、麻面进行剔凿，直至出现新结构平面。

⑵钢板制作

所有钢板要进行除锈处理。

⑶植入化学锚栓

化学锚栓植入时要根据产品说明严格控制孔深和孔径，否则与化学锚栓相配套的药剂就不能满足要求。

⑷钢板的安装与焊接

钢板安装后要根据设计要求进行焊接，焊接质量一定要达到设计级别。

⑸灌注结构胶

灌注结构胶时要根据所用胶的性能控制注胶需要的时间，避免结构胶的凝固。灌注时，注胶孔一般在下，通气孔在上，注胶孔的间距要根据包钢面积而定，一般每平米1~2个孔。

(6)养护

根据胶体的养护时间进行现场养护，特殊季节时要有养护措施，在养护期间不得对胶体进行扰动或其他焊接工艺。

三．质量验收检查

1.表观检查是否有空鼓，如有空鼓，采取补强措施。

2.做粘钢模拟件的拉拔试验。

3.防火涂料涂刷后要有消防部门的检测报告（此项应甲方或监理的要求）。

粘碳纤维的控制要点：

一．施工前的控制：

1.材料及文件资料

粘碳纤维所用的碳纤维品种、质量和性能应符合设计要求和有关规范规定。检查设计图纸及相关文件是否齐全。粘碳纤维胶体的出厂质量保证书（检验报告、性能指标、生产日期、产品标准号）质量合格证，产品使用说明书和进场后的复检报告。

二．施工过程控制

1.粘碳纤维的施工工艺

放线定位→ 混凝土表面处理→ 配制并涂刷底层树脂 → 配制找平材料并对不平整处修复处理 → 配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂 →粘贴碳纤维片材 → 表面防护

2.质量控制要点

⑴混凝土表面处理

混凝土表面要进行打磨处理，打磨到出现新结构面，并用棉纱把表面的灰尘擦拭干净。如混凝土表面有蜂窝、空洞、腐蚀等现象，要进行剔凿、修补。

⑵配置涂刷各层树脂胶

严格按产品说明配比，要使用台秤准确测量，遇有温度低于产品要求时，要采用加热措施，不得掺加任何添加剂。涂刷树脂时要均匀，且初凝时间要严格按产品说明。

⑶粘贴碳纤维

粘贴碳纤维时，表面要用滚刷沿纤维受力方向滚压，并沿一方滚压，不得来回反复。

三．质量验收检查

1.表观检查是否有空鼓，如有空鼓，采取补强措施。

2.做碳纤维现场拉拔试验。

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