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摘要：就目前的建筑工程项目而言，由于受到种种因素的影响经常都需要对已经建成的建筑物和建筑结构进行维护和加固。经过多年实践证明，目前的工程项目加固与维修中，应用碳化纤维对混凝土结构进行加固已成为施工的主要方式，是一种较高技术含量的、全新的建筑结构加固措施和加固手段。碳纤维作为一种新型的加固材料，其具有着自重轻、强度高、施工方便、快捷和不受其他因素限制的优势而被广泛的应用在各种钢筋混凝土结构加固工程中，对于提高混凝土结构承载力和延长寿命是较为有效的。本文就碳纤维加固技术在建筑工程中的应用进行分析，以供同行分析和参考。
关键词：碳纤维 加固技术 建筑工程
碳纤维加固技术是一种新型的建筑结构加固技术和施工措施，在施工的过程中具备着强度高、自重轻、施工方便快捷、应用较为广泛的优良性能，因此在建筑结构加固和混凝土施工种对于提高结构承载力和延长建筑结构性能有着重要的作用与意义，同时在目前的建筑市场中具备着广泛的应用前景。
1.碳纤维加固结构构件技术概述与原理
碳纤维布加固修补技术是一种新型的结构加固措施与技术方法，在施工的过程中主要是利用树脂类粘接材料将碳纤维布通过粘贴的方式贴于混凝土表面，从而达到对混凝土结构加固修补的目的。碳纤维材料与上个世纪八十年代开始就被广泛的应用在混凝土加固技术结构中，通过多年的发展与总结，其在应用的过程中具备着广泛的应用质量和效果。尤其是在近年来，伴随着社会生产技术的发展与提高，其广泛的应用在各行业之中，尤其是在航天、汽车、建筑工程、环境工程等多个领域。
在当前建筑工程项目中，结构与外贴纤维增强复合材料加固技术较为明显和合理，一般在施工的过程中都是通过对混凝土外部结构进行粘贴与修复，这种修复方式通过两种材料结构共同构成了一种新的与应力作用，从而促使混凝土结构能够达到修复加强的目的。就目前的建筑结构施工中，由于碳纤维材料本身存在着强度高、弹性好、重量轻和耐腐蚀性能好的特点，使得其在混凝土加固技术中与其他材料相比较存在着明显的质量与作用优势。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。
2.采用碳纤维布加固具有的优点：
采用碳纤维布加固结构具有高强高效的优点。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，施工占用场地少。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的4-8倍。具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等）、各种结构部位（如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等）的加固修补，且不改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决，施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100%的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到100%的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到70%就可以了。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3.碳纤维材料在结构加固方面的运用
3.1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。具体说来可以但不限制于：利用碳纤维加固公路桥敦结构、对既有钢筋混凝土烟囱的加固；构件抗弯加固、梁柱构件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿断裂加固、砌体的抗震加固、承载力不足加固、楼宇增层加固、框架柱轴压比超限加固、楼板开裂加固、剪力墙开洞加固、楼面荷载增大加固、桥梁断裂、旧桥大修加固和水塔加固等等。
3.2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一起，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。
3.3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，碳纤维片材也可用采用其它形式或其它受力状况的混凝土结构进行加固；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；碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变，按线弹性应力应变关系确定其相应的应力；碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95%保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值；当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时，应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响；采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时，宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能在完全卸载条件下进行加固，应考虑二次受力的影响；在受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于Cl5.采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C10.
4.结语
随着碳纤维加工技术的普及，我国各种应用占碳纤维率需求比例不断上升，从这个角度上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，也许在未来人类社会在材料应用上会从钢铁时代进入到一个碳纤维材料广泛应用的时代。
关键词：碳纤维 加固技术 建筑工程
碳纤维加固技术是一种新型的建筑结构加固技术和施工措施，在施工的过程中具备着强度高、自重轻、施工方便快捷、应用较为广泛的优良性能，因此在建筑结构加固和混凝土施工种对于提高结构承载力和延长建筑结构性能有着重要的作用与意义，同时在目前的建筑市场中具备着广泛的应用前景。
1.碳纤维加固结构构件技术概述与原理
碳纤维布加固修补技术是一种新型的结构加固措施与技术方法，在施工的过程中主要是利用树脂类粘接材料将碳纤维布通过粘贴的方式贴于混凝土表面，从而达到对混凝土结构加固修补的目的。碳纤维材料与上个世纪八十年代开始就被广泛的应用在混凝土加固技术结构中，通过多年的发展与总结，其在应用的过程中具备着广泛的应用质量和效果。尤其是在近年来，伴随着社会生产技术的发展与提高，其广泛的应用在各行业之中，尤其是在航天、汽车、建筑工程、环境工程等多个领域。
在当前建筑工程项目中，结构与外贴纤维增强复合材料加固技术较为明显和合理，一般在施工的过程中都是通过对混凝土外部结构进行粘贴与修复，这种修复方式通过两种材料结构共同构成了一种新的与应力作用，从而促使混凝土结构能够达到修复加强的目的。就目前的建筑结构施工中，由于碳纤维材料本身存在着强度高、弹性好、重量轻和耐腐蚀性能好的特点，使得其在混凝土加固技术中与其他材料相比较存在着明显的质量与作用优势。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。
2.采用碳纤维布加固具有的优点：
采用碳纤维布加固结构具有高强高效的优点。由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，施工占用场地少。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的4-8倍。具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等）、各种结构部位（如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等）的加固修补，且不改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决，施工质量易保证。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100%的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到100%的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到70%就可以了。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3.碳纤维材料在结构加固方面的运用
3.1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。具体说来可以但不限制于：利用碳纤维加固公路桥敦结构、对既有钢筋混凝土烟囱的加固；构件抗弯加固、梁柱构件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿断裂加固、砌体的抗震加固、承载力不足加固、楼宇增层加固、框架柱轴压比超限加固、楼板开裂加固、剪力墙开洞加固、楼面荷载增大加固、桥梁断裂、旧桥大修加固和水塔加固等等。
3.2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一起，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。
3.3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，碳纤维片材也可用采用其它形式或其它受力状况的混凝土结构进行加固；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；碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变，按线弹性应力应变关系确定其相应的应力；碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95%保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值；当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时，应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响；采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时，宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能在完全卸载条件下进行加固，应考虑二次受力的影响；在受弯加固和受剪加固时，被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于Cl5.采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C10.
4.结语
随着碳纤维加工技术的普及，我国各种应用占碳纤维率需求比例不断上升，从这个角度上已预示了碳纤维在工程的广阔应用前景，也许在未来人类社会在材料应用上会从钢铁时代进入到一个碳纤维材料广泛应用的时代。