碳纖維加固技術在建筑工程中的應用

聶 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

碳纖維加固技術在建筑工程中的應用

聶 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

介紹了碳纖維加固技術的原理，對碳纖維增強水泥、預應力碳纖維板、碳纖維復合力筋的特性及其在建筑工程中的應用技術進行了闡述，并分析了碳纖維材料與傳統材料相比所具有的優越性，以促進其進一步的推廣應用。

碳纖維材料，加固，應用，優越性

目前，現有建筑中有相當一部分由于各種原因需要進行維修加固，在眾多傳統加固方法中，碳纖維加固修補技術脫穎而出，成為一種最具潛力的新型結構加固技術。碳纖維與傳統加固技術相比，具有節省空間、施工簡便、耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外，采用該工法，可以大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此碳纖維作為劃時代的補強材料，備受青睞和關注。

1 碳纖維加固技術的原理

用于建筑結構加固的碳纖維材料具有優良的力學性能，其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍。碳纖維材料制成的碳纖維布與粘結劑相結合后，各碳纖維絲能很好的共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，從而達到加固的目的。

2 碳纖維材料在建筑工程中的具體應用

碳纖維材料是一種主要由碳元素組成的特種纖維，其具有耐高溫、耐摩擦、變形量小、抗輻射和抗腐蝕等特性，傳熱系數小等特點，在建筑中的應用也越來越廣泛，從而形成了以下五個應用形式。

2.1 碳纖維增強水泥

碳纖維增強水泥指的是用短切碳纖維和白水泥加入蒸餾水復合而成的一種復合材料，具有在強堿環境下化學性能穩定，機械強度和尺寸穩定等特性，能夠消除鋼筋混凝土的鹽水降解和劣化，可以克服氯離子對鋼筋的腐蝕，成為可持續發展的綠色材料，碳纖維可以取代鋼筋增強水泥材料，減小結構重量，提高結構強度，進而滿足建造高度大、跨度大的構筑物，常作為高層建筑的外墻墻板使用。

2.2 預應力碳纖維板

預應力碳纖維板材是目前建筑材料中耐腐蝕性能最好的材料之一。根據研究數據表明：弱酸、弱堿、凍融循環、長時間日照等環境作用對碳纖維的力學性能及耐老化性能影響極小。目前常用的碳纖維片材加固技術，是在結構受拉區域用化學膠粘劑粘貼碳纖維板材，使其與構件混凝土及內部鋼筋共同承受拉應力，抗拉強度高，是同等截面鋼材的7倍～10倍;易使用，作業時不需要大型機械設備；在平板下端如有配管交錯放置或受空間限制的情況，方便直接作業；粘貼碳纖維板時，碳板膠不流淌，減少對周邊環境的影響；補強后構建的形狀、質量和使用空間基本不改變，能夠更大程度的提高結構性能；當中間有梁或壁的平板時，只要鑿穿使碳纖維板能夠通過的孔洞即可，不需切斷，進一步提高補強效果。

2.3 碳纖維復合力筋

碳纖維復合力筋是由多股長纖維絲浸漬樹脂材料，經過特制的模具拉伸成型的復合材料。碳纖維筋的機械化程度較高，其強度比普通低碳鋼高90%，而重量卻是它的1/5，其延伸量只有鋼筋的1/8；抗疲勞極限是鋼絲的3倍，抗沖擊性能高，便于操作，常用在橋梁，碼頭等的結構中。早在二十世紀八九十年代日本的新宮橋、美國的泰勒大橋就采用了碳纖維復合力筋，使用效果至今都很好，足見碳纖維復合力筋的強度極高。

2.4 碳纖維板材

碳纖維是用常溫固化的環氧樹脂將碳纖維束粘結起來制成的薄板。把碳纖維板材貼在建筑物的墻體或地面表面，內部再加入特殊功能性夾層，這樣能夠更好地發揮碳纖維板材的高拉伸作用。并且碳纖維板材還可以修補加固已經劣化的鋼筋混凝土結構物和提高結構物的耐力，和對用舊標準設計的鋼筋混凝土結構物進行補強、加固。碳纖維板材耐熱、耐腐蝕、保溫隔熱性以及抗靜電性都極好，還具有防火的功能。碳纖維板材的外觀美觀，不需要重新裝飾，墻面容易清理，在各種高層建筑及軍事設施中應用極為廣泛。

2.5 其他應用

碳纖維材料還可以應用于以下幾個土木建筑領域：

1)建筑的智能檢測體系。

2)防水房頂涂層。

3)電磁屏蔽板和導電板。

4)碳纖維模板。

5)碳纖維增強木材。

6)碳纖維大跨度管線。

3 碳纖維材料與傳統材料相比所具有的優越性

碳纖維加固材料是高強度碳纖維單向排列，用微量的樹脂浸滲后作為混凝土的修復補強材料，其抗拉強度是普通二級鋼筋的10倍以上。碳纖維加固材料可廣泛應用于梁、柱、剪力墻及板的加固：可提高柱延性(抗震能力)2倍～4倍；提高梁、板的抗彎能力30%～100%；增強梁、柱抗剪能力30%～80%；提高柱、墻承壓能力20%～50%，特別適用于各類曲面結構。同時，碳纖維加固材料耐久性好，耐酸、堿、鹽及大氣環境腐蝕，節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保證，可大大提高建筑物使用壽命，降低加固成本等。總之，碳纖維材料在建筑工程中的優越性是顯而易見的。

4 結語

近年來，隨著碳纖維復合材料產量的增加，碳纖維材料越來越表現出它的優越性，在建筑工程中發揮著巨大的作用。未來，由于碳纖維復合材料的存在，建筑工程將出現劃時代的輝煌景象。

Applicationofcarbonfiberreinforcementtechnologyinbuildingengineering

NIEMin

(ShanxiBureauofHydraulicBuildingEngineering,Taiyuan030006,China)

The paper introduces principles of carbon fiber reinforcing technology, describes the properties carbon fiber increasing cement, prestressed carbon fiber board, and carbon fiber composite reinforcement properties and its application technology in building engineering, and finally analyzes its priorities by comparing to traditional materials, with a view to promote its further application.

carbon fiber material, reinforcement, application, superiority

1009-6825(2014)33-0090-02

2014-09-14

聶 敏(1984- )，女，助理工程師

TU745

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