[摘要]碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理后而得到的微晶石墨材料。碳纖維加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼粘鋼加固法與加大混凝土截面加固法之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)大力推廣。
本文通過分析碳纖維加固的技術(shù)原理針對碳纖維材料的基本特性及施工技術(shù)等問題進行探討。以期通過本文的闡述有效推進碳纖維在建筑加固工程中的應(yīng)用,為有效提升工程質(zhì)量提供理論參考。
一、碳纖維加固的技術(shù)原理
碳纖維材料加固混凝土構(gòu)件技術(shù)，顧名思義就是運用纖維增強復(fù)合材料片材粘貼在混凝士結(jié)構(gòu)的外面，與此同時還要將兩者相互結(jié)合起來共同受力，這樣使得材料之間得到更強的加固。
碳纖維材料擁有的強度、彈性、抗腐蝕性等的優(yōu)勢使得它能夠承受住比一般的鋼筋大1 0倍的應(yīng)力，而它的彈性模量比一般鋼筋還高。碳纖維材料其抗拉強度是普通鋼的10倍，彈性模量是普通鋼的1- -2倍，再加上能夠長時間維持良好的施工性能而成為加固修復(fù)材料的首先替代品。配套樹脂通常是由底層樹脂、找平樹脂和粘結(jié)樹脂三種組成。底層樹脂和找平樹脂有增強碳纖維粘結(jié)質(zhì)量的功能，而粘結(jié)樹脂的主要功能就是讓碳纖維和混凝土可以結(jié)合在一起，組成一個個體，一起完成工作，以增加構(gòu)筑物的三擾能力(抗彎、抗剪、抗承載力) ，最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)固。因此碳纖維材料與配套樹脂在混凝土加固技術(shù)中是兩種最常用的材料。
二、碳纖維材料的基本特性
要實現(xiàn)碳纖維增強復(fù)合材料補強加固可以選取碳纖維片材，這樣的材料主要是使用強度比較好、彈性比較高的連續(xù)碳纖維材料。這種碳纖維材料呈單向排列成東，再使用環(huán)氧樹脂漫清固化的碳纖維板進行補強。
1、碳纖維片材
片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能各不一樣，碳纖維片材依力學(xué)性能主要是由高模量，高強度和中等模量來組成的。高模量碳纖維片材的特點就是，雖然它的伸長率過低但是彈性模量很好較高。
相比較而言，碳纖維片材的單位重不能和鋼材相媲美，也就是說碳纖維片材很輕薄，由于碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，該纖維能夠使用在任何酸堿鹽及所有的化學(xué)介質(zhì)環(huán)境下，不怕被腐蝕，而且它還能夠抵抗住低溫或者高溫而不會出現(xiàn)熱脹冷縮的情況。
2、配套樹脂類粘結(jié)材料
加固混凝土結(jié)構(gòu)修補技術(shù)中使用到的材料有:底層涂料、油灰、浸清樹脂或粘結(jié)樹脂。
這些材料的功能是各不相同的:底層涂料主要是用在混凝土表面是促進粘結(jié)并最終長時間的維持界面穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素:油灰主要被用來填滿表面的各個部位，將整個表面填充整個表面空隙。使得表面更加的平整,這樣的表面才能更好發(fā)揮碳纖維片材的作用:浸清樹脂的作用是用來粘貼碳纖維布:粘結(jié)樹脂的作用則是粘貼碳纖維板。后兩者主要是將碳纖維片粘貼在混凝土構(gòu)件的各個部位。使得零散的部件結(jié)合成比較完整的一體這是配套樹脂類粘結(jié)材料形成整體共同工作的關(guān)鍵。
環(huán)氧樹脂對于就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)來說起著比較關(guān)鍵的作用，處于各種各樣的環(huán)境之下，隨著溫度的變化其因化性能也受到影響，所以說粘貼工作質(zhì)量的好壞和******限度的縮短常規(guī)
交通中斷時間的多少有著比較密切關(guān)聯(lián)。選取專門的環(huán)氧樹脂材料，如果混凝土施工表面溫度( 10- -40)攝氏度時,粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約1 5小時以上,但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加圖工作。
三、碳纖維加固的工藝流程及施工方法
1、工藝流程
混凝土表面處理→涂底層樹脂→找平→涂劇浸清樹脂或粘貼樹
脂→粘貼碳纖維布+固化→表面養(yǎng)護防護→檢驗。
2、施工方法
(1 )混凝土表面處理。混凝土表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除,對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進行修復(fù)。用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì).構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整.尤其是表面的凸起部位要磨平。將混凝土表面清理干凈.并保持干燥。
(2)涂底層樹脂配置底層樹脂。將底膠均勻涂利于混凝土表面，待膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準。)再進行下一工序施工。
(3)找平。待底層處理樹脂固化后即可轉(zhuǎn)入下道工序。配置并涂刷找平樹脂,修補拼縫及表面缺損,使混凝土表面平整。如果混凝土表面凹凸不平較嚴重時，可將無灰塵的干砂子混入修平樹脂中，使混凝土表面基本平整.然后用找平樹脂抹平表面，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成R = 20mm的圓弧狀。
(4 )涂刷浸漬樹脂(粘貼樹脂)。配置浸清樹脂并均勻涂抹于待粘貼的部位,在措接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些涂劇厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現(xiàn)漏劇現(xiàn)象.特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。
(5 )粘貼碳纖維布。粘貼碳纖維布之前，按加固部位放線定位。確定所粘貼部位無誤后鋪貼單層碳纖維布然后用滾子沿纖雄方向重復(fù)滾壓，擠出氣泡，并使浸潤樹脂漫透纖維布。再在碳纖維表面均勻涂刷一遍漫潤樹脂，并用滾子重復(fù)滾壓壓實。待碳纖維布上的浸潤樹脂基本凝膠后，均勻刷一層表面處理樹脂。多層粘貼(層數(shù)不宜超過五層，否則將導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的脆性破壞。應(yīng)重復(fù)上述步驟,待碳纖維布表面指觸干燥后方可進行下一層的粘貼。最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
(6)固化。按凝結(jié)劑廠家說明書要求保證足夠的固化條件和時間，通常固化溫度25C左右，3d即可負載使用。若固化溫度5C左右，5d可負載使用。
四、碳纖維加固工程的質(zhì)量控制要點及難點
1、材料選擇
主要是碳纖維布和樹脂的選擇。要求碳纖維布抗拉強度不小于3000MPa，厚度為0.167 mm，彈性模量不小于2.1x105MPa的300g碳纖維布,正拉粘結(jié)強度不小于2.5MPa的底層樹脂,不平整修補材料正拉強度不小于2.5MPa.彈性模量不小于1500MPa,伸長率不小于1.5%的浸漬樹脂和粘結(jié)樹脂。加固修復(fù)用材料應(yīng)具有產(chǎn)品合格證和質(zhì)檢部門的產(chǎn)晶性能檢測報告，碳纖維片材及配套樹脂類粘結(jié)材料應(yīng)具有符合規(guī)范規(guī)、定的物理力學(xué)性能指標，配套積扣旨類粘結(jié)材料還應(yīng)提供耐久性能指標及施工和使用環(huán)境要求。
2、基層處理
主要控制混凝土表面平整度，要打磨至露出堅實結(jié)構(gòu)面。
3.粘結(jié)質(zhì)量
控制措接長度和空鼓面積。
五、注意事項
1、施工安全及注意事項
碳纖維片材為導(dǎo)電材料,使用碳纖維片材時應(yīng)盡量遠離電氣設(shè)備及電源。使用中應(yīng)避免碳纖維片材的彎折，碳纖維片材配套樹脂的原料應(yīng)密封儲存，遠離火源避免陽光直接照射。樹脂的配制和使用場所，應(yīng)保持通風(fēng)良好?，F(xiàn)場施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹脂材料采取相應(yīng)的勞動保護措施。
2、質(zhì)量檢查.
用小錘輕敲，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)低于95%。當空鼓面積不超過10000mm時，可采用針管注膠進行修補。當空鼓面積超過10000mm時,宜將空鼓處片材切除，重新措接等量的碳纖維片材，措接長度不小于100mm。
六、結(jié)語
隨著當前碳纖維加工技術(shù)在建筑工程加固施工中的日益普及,其在各種建筑物缺陷的處理和維修過程中使用比例日益提高和增加。從這個角度上已預(yù)示了碳纖維在工程的廣闊應(yīng)用前景，更是當前建筑工程加固處理的主要模式。由于其在施工的過程中具有著各種混凝土和其他加固材料所不能夠擁有的優(yōu)勢，也許在未來人類社會在材料應(yīng)用上會從鋼鐵時代進入到一一個碳纖維材料的應(yīng)用時代是其未來發(fā)展的主要趨勢。