內(nèi)容摘要：粘貼碳素纖維布加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕而強(qiáng)度高的獨(dú)特特性，在工程加固領(lǐng)域備受青睞，但是要了解它、認(rèn)識(shí)它、有效地應(yīng)用它，仍有很多值得探討的問題。
　　關(guān)鍵詞：碳素纖維布，加固，探討
　　0、序言
　　隨著我國經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國的工程建設(shè)領(lǐng)域也進(jìn)入了提速階段，無論是在建設(shè)規(guī)模和建設(shè)速度上發(fā)展是空前的，在建設(shè)工程不可避免的會(huì)產(chǎn)生意外事故；另一方面我國的工程建設(shè)已經(jīng)趨向于飽和的發(fā)達(dá)國家，正面臨著工程結(jié)構(gòu)老化裂損，存在大量需要加固的工程。同時(shí)，也促進(jìn)了工程結(jié)構(gòu)加固行業(yè)的發(fā)展。
　　目前，在市場(chǎng)上應(yīng)用比較廣泛的粘鋼法、粘碳素纖維布法、粘高強(qiáng)玻璃鋼等結(jié)構(gòu)加固方法，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，適用范圍不盡相同；在加固的過程中也有加固失效的工程案例。因此，要利用好各種加固技術(shù)，必須分析其優(yōu)點(diǎn)和特性，充分掌握其應(yīng)用過程中的利弊，才能揚(yáng)長避短發(fā)揮特點(diǎn)。
　　本文將探討粘碳素纖維布法加固的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍。
　　1、碳素纖維布的物理力學(xué)特性
　　碳素纖維布由于其延伸率很低及線膨脹系數(shù)為負(fù)值等特點(diǎn)，在很多項(xiàng)式領(lǐng)域得到較廣泛的應(yīng)用，其主要物理力學(xué)特性如下：
　　碳素纖維布與鋼筋混凝土相比較的物理力學(xué)指標(biāo)表

　　
　　由上表可知，碳素纖維布的抗拉強(qiáng)度很高、延伸率很低、線膨脹系數(shù)為負(fù)值，且導(dǎo)電性能良好，優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)比較突出。
　　1.1抗拉強(qiáng)度
　　碳素纖維布抗拉強(qiáng)度很高，≈3000MPa，接近鋼筋抗拉強(qiáng)度的10倍，且材質(zhì)很輕。基于這一優(yōu)點(diǎn)，使用時(shí)往往忽略了碳素纖維布是脆性材料，延伸率很低，僅為鋼筋延伸率的1/10左右，而且彈性模量也較低。因此，雖然碳素纖維的抗拉強(qiáng)度很高，但根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS25：90），設(shè)計(jì)值的選取時(shí)必須遵守“其允許應(yīng)變不應(yīng)大于0.01或材料極限的2/3”的規(guī)定。
　　目前市場(chǎng)上供應(yīng)的碳素纖維布，對(duì)允許極限變形的指標(biāo)均不能保證，在設(shè)計(jì)取值時(shí)只能根據(jù)δ=Eε的理論計(jì)算，并持ε<0.01的保守態(tài)度去取允許設(shè)計(jì)抗拉應(yīng)力。這樣，碳素纖維布的實(shí)際抗拉值比鋼材設(shè)計(jì)值低得多，造價(jià)卻高得多，每平方米的粘貼成本造價(jià)在600元/m2左右，折合虛貼面積最低成本也在200元/m2左右。這就充分說明了所謂的碳素纖維布強(qiáng)度高只是一種虛假現(xiàn)象，實(shí)際上并不能充分發(fā)揮其特高強(qiáng)度的特性，實(shí)際強(qiáng)度只發(fā)揮了20%左右，而且造價(jià)偏高，可靠度偏低。
　　1.2線膨脹系數(shù)
　　（1）碳素纖維布的熱縮冷脹特點(diǎn)
　　鋼筋的線膨脹系數(shù)為10×10-6，混凝土的線膨脹系數(shù)為5.0～7.5×10-6，在溫度變化條件下彼此基本能協(xié)同工作。碳素纖維布與鋼筋混凝土性質(zhì)迥異，線膨脹系數(shù)只有鋼筋混凝土的1/20左右，是熱縮冷脹，互不協(xié)調(diào)，不足以保證與鋼筋混凝土的變形協(xié)調(diào)。這是碳素纖維布加固工藝上的致命弱點(diǎn)。
　　（2）碳素纖維布的線膨脹系數(shù)為負(fù)值
　　碳素纖維布的線膨脹系數(shù)為負(fù)值，對(duì)于一些不要求膨脹的構(gòu)件和對(duì)膨脹變化要求很嚴(yán)的的設(shè)備或構(gòu)件，可能是優(yōu)點(diǎn)，也可能是致命缺點(diǎn)。
　　例如，對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說，由于碳素纖維布線膨脹系數(shù)為負(fù)值，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)膨脹了而碳素纖維布不膨脹，反而對(duì)結(jié)構(gòu)形成了約束，對(duì)于結(jié)構(gòu)來說是致命的，有可能對(duì)已經(jīng)加固后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造成新的損傷，對(duì)結(jié)構(gòu)安全更加不利。
　　1.3導(dǎo)電性能
　　碳素纖維布是一種良好的導(dǎo)電體，這是其優(yōu)點(diǎn)，也是其致命弱點(diǎn)。如果將碳素纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面加固，將嚴(yán)重干擾電路系統(tǒng)，形成感應(yīng)電流或雜散電流，帶來鋼筋銹蝕、人身及設(shè)備安全問題。另外，由于碳素纖維布良好的導(dǎo)電性能，對(duì)于一些對(duì)抗靜電干擾和防雷要求高的房間也應(yīng)慎重使用。
　　2、碳素纖維布加固工藝的工作原理
　　用碳素纖維布來取代鋼筋來加固受彎或受壓構(gòu)件，其工作原理與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受彎受壓構(gòu)件原理相同，都建立在“平截面理論”和“平衡設(shè)計(jì)假定”這兩個(gè)理論的基礎(chǔ)上。
　　在同一截面上，鋼筋混凝土受壓，且控制其極限抗壓變形εСω=0.0033；鋼筋受拉，且控制其變形εS略小于極限拉伸變εg。維持混凝土受壓、鋼筋受拉，構(gòu)件受彎曲，平截不變，保持平衡破壞的前提是依靠混凝土、鋼筋的黏結(jié)力和抗剪強(qiáng)度去滿足的。若不能滿足，則一切加固措施就都不能起作用。可是在整個(gè)碳素纖維布加固過程中，對(duì)混凝土的抗剪、抗壓、抗粘結(jié)力的提高問題并未觸及，毫無改善。界面以上的深度一但剪切破壞，則所謂的樹脂高黏結(jié)力、碳素纖維布的超高強(qiáng)度，都將成為空話。
　　3、碳素纖維布加固工藝的破壞機(jī)理分析
　　3.1理論探討
　　碳素纖維加固工藝問世20余年，學(xué)者們即圍繞著出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室和加固現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)于粘碳素纖維布的“奇異”破壞機(jī)理進(jìn)行不懈的理論研究。由于多向異性的混凝土，尤其是受過損傷的性能異常的混凝土和完全脆性的浸漬樹脂與完全柔性但經(jīng)過脆性樹脂浸漬的碳素纖維布組合起來，作為一種各向絕對(duì)異性、極不均一的復(fù)合材料，要在各向同性的假定條件下，用經(jīng)典的彈性力學(xué)理論去計(jì)算，顯然難以讓人置信的。學(xué)者們?cè)�試圖用LUSAS有限元軟件對(duì)混凝土與樹脂之間的粘結(jié)界面上的壓就力和剪應(yīng)力值進(jìn)行分析，盡管也找到了梁支座附近出現(xiàn)的應(yīng)力“發(fā)散”的“奇異點(diǎn)”，可用于解釋實(shí)驗(yàn)室和加固工地粘巾界面出現(xiàn)的碳素纖維布構(gòu)件的尾端曾經(jīng)出現(xiàn)的普通粘結(jié)剝離現(xiàn)象，但從計(jì)算結(jié)果也看到，同一試件用同一方法，只因?yàn)橛邢拊�網(wǎng)格劃分的邊長不一樣，計(jì)算出來的界面正應(yīng)力和剪應(yīng)力竟相差1倍。所謂的支座附件的應(yīng)力“發(fā)散”現(xiàn)象，很可能只是端點(diǎn)附近的有限元網(wǎng)格分得過細(xì)有關(guān)。這顯然是由于主觀原因造成的。要用理論計(jì)算來指導(dǎo)設(shè)計(jì)與施工，還有一定的距離。
　　3.2定性分析
　　由于進(jìn)行定量分析存在困難，試用一些力學(xué)基本原理結(jié)合工程實(shí)踐情況對(duì)碳素纖維布的破壞機(jī)理作一些定性分析，可以加深對(duì)該問題的認(rèn)識(shí)和理解。

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