碳纖維加固技術(shù)是一種先進(jìn)的材料應(yīng)用方法，它通過將碳纖維布粘貼或纏繞到建筑結(jié)構(gòu)上，以增強(qiáng)其承載能力和耐久性。該技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在橋梁、建筑物和機(jī)械結(jié)構(gòu)等重要基礎(chǔ)設(shè)施中。在橋梁加固中，碳纖維布被用來替換老舊的鋼筋混凝土構(gòu)件，以減輕重量并提高其承載能力。碳纖維加固技術(shù)也被用于提高建筑物的結(jié)構(gòu)完整性和延長使用壽命。碳纖維加固技術(shù)因其高效、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的特點(diǎn)，在現(xiàn)代工程領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。
一、碳纖維加固的概述
碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國家，我國這項(xiàng)技術(shù)起步較晚，但隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的發(fā)展，很多建筑因設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低或使用功能改變等原因，亟需維修、加固，促使碳纖維加固技術(shù)在我國得到廣泛應(yīng)用。
二、碳纖維加固的特點(diǎn)
- 節(jié)省空間：與傳統(tǒng)的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補(bǔ)強(qiáng)相比，碳纖維加固基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸，不會過多占據(jù)空間。
- 施工簡便：不需要現(xiàn)場固定設(shè)施，施工過程相對簡單，省力節(jié)時，施工質(zhì)量也容易保證。
- 重量輕：密度只有普通鋼材的1/4，對結(jié)構(gòu)自重影響小。
- 耐久性好：可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞，能大大提高建筑物的使用壽命。
- 適用范圍廣：混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可進(jìn)行加固，可用于各類工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補(bǔ)強(qiáng)，如混凝土結(jié)構(gòu)物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固，隧道、港灣設(shè)施、煙囪、倉庫、廠房的加固等。
三、碳纖維加固的原理
碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是利用碳纖維布或碳纖維板材粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的表面，使碳纖維材料與混凝土結(jié)構(gòu)相互擔(dān)負(fù)載荷，從而提升建筑物的承重能力；還可以約束混凝土，減少混凝土在剪應(yīng)力作用下出現(xiàn)縫隙，達(dá)到抗彎加固的效果。
四、碳纖維加固的工藝流程
- 施工準(zhǔn)備：做好施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，如材料準(zhǔn)備、工具準(zhǔn)備等。
- 砼表面處理
- 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈。
- 對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。
- 裂縫修補(bǔ)：縫寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
- 打磨：將構(gòu)件表面凸出部分打磨平整，修復(fù)后的構(gòu)件表面盡量平順。
- 清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。
- 涂刷底膠
- 將配好的底膠（粘結(jié)劑），用涂刷均勻于缺陷部位的砼表面。
- 之后再次將配好的底膠（粘結(jié)劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結(jié)的砼表面。
- 粘貼碳纖維
- 確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在-10℃以上，相對濕度RH85%時，如無有效措施不得施工。
- 用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般以不超過6m為宜，材料裁切數(shù)量按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上，該部位應(yīng)多涂樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。
- 粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。粘貼時，盡量避免碳纖維和樹脂之間有空氣，可用羅拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。
- 表面養(yǎng)護(hù)：粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù)1 - 2小時達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受外界干擾和碰撞。
- 涂裝（若需要）：若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要防火時，可在樹脂固化后涂刷耐火涂層。涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。
五、碳纖維加固相關(guān)規(guī)范
國內(nèi)最早通過的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（編號為CECS146:2003），最近的國標(biāo)是2008年10月1日起執(zhí)行的《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》（GB/T21490 - 2008）以及《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》。
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