內容摘要：粘貼碳素纖維布加固鋼筋混凝土結構具有質量輕而強度高的獨特特性，在工程加固領域備受青睞，但是要了解它、認識它、有效地應用它，仍有很多值得探討的問題。
　　關鍵詞：碳素纖維布，加固，探討
　　0、序言
　　隨著我國經(jīng)濟領域的飛速發(fā)展，帶動相關產業(yè)的快速發(fā)展，我國的工程建設領域也進入了提速階段，無論是在建設規(guī)模和建設速度上發(fā)展是空前的，在建設工程不可避免的會產生意外事故；另一方面我國的工程建設已經(jīng)趨向于飽和的發(fā)達國家，正面臨著工程結構老化裂損，存在大量需要加固的工程。同時，也促進了工程結構加固行業(yè)的發(fā)展。
　　目前，在市場上應用比較廣泛的粘鋼法、粘碳素纖維布法、粘高強玻璃鋼等結構加固方法，各有優(yōu)點和缺點，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，必須分析其優(yōu)點和特性，充分掌握其應用過程中的利弊，才能揚長避短發(fā)揮特點。
　　本文將探討粘碳素纖維布法加固的特點及應用范圍。
　　1、碳素纖維布的物理力學特性
　　碳素纖維布由于其延伸率很低及線膨脹系數(shù)為負值等特點，在很多項式領域得到較廣泛的應用，其主要物理力學特性如下：
　　碳素纖維布與鋼筋混凝土相比較的物理力學指標表

　　
　　由上表可知，碳素纖維布的抗拉強度很高、延伸率很低、線膨脹系數(shù)為負值，且導電性能良好，優(yōu)點和缺點比較突出。
　　1.1抗拉強度
　　碳素纖維布抗拉強度很高，≈3000MPa，接近鋼筋抗拉強度的10倍，且材質很輕。基于這一優(yōu)點，使用時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度很高，但根據(jù)《混凝土結構加固技術規(guī)范》（CECS25：90），設計值的選取時必須遵守“其允許應變不應大于0.01或材料極限的2/3”的規(guī)定。
　　目前市場上供應的碳素纖維布，對允許極限變形的指標均不能保證，在設計取值時只能根據(jù)δ=Eε的理論計算，并持ε<0.01的保守態(tài)度去取允許設計抗拉應力。這樣，碳素纖維布的實際抗拉值比鋼材設計值低得多，造價卻高得多，每平方米的粘貼成本造價在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度高只是一種虛假現(xiàn)象，實際上并不能充分發(fā)揮其特高強度的特性，實際強度只發(fā)揮了20%左右，而且造價偏高，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
　　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，不足以保證與鋼筋混凝土的變形協(xié)調。這是碳素纖維布加固工藝上的致命弱點。
　　（2）碳素纖維布的線膨脹系數(shù)為負值
　　碳素纖維布的線膨脹系數(shù)為負值，對于一些不要求膨脹的構件和對膨脹變化要求很嚴的的設備或構件，可能是優(yōu)點，也可能是致命缺點。
　　例如，對于鋼筋混凝土結構來說，由于碳素纖維布線膨脹系數(shù)為負值，鋼筋混凝土結構膨脹了而碳素纖維布不膨脹，反而對結構形成了約束，對于結構來說是致命的，有可能對已經(jīng)加固后鋼筋混凝土結構造成新的損傷，對結構安全更加不利。
　　1.3導電性能
　　碳素纖維布是一種良好的導電體，這是其優(yōu)點，也是其致命弱點。如果將碳素纖維布用于結構構件的表面加固，將嚴重干擾電路系統(tǒng)，形成感應電流或雜散電流，帶來鋼筋銹蝕、人身及設備安全問題。另外，由于碳素纖維布良好的導電性能，對于一些對抗靜電干擾和防雷要求高的房間也應慎重使用。
　　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件，其工作原理與鋼筋混凝土結構受彎受壓構件原理相同，都建立在“平截面理論”和“平衡設計假定”這兩個理論的基礎上。
　　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、鋼筋的黏結力和抗剪強度去滿足的。若不能滿足，則一切加固措施就都不能起作用。可是在整個碳素纖維布加固過程中，對混凝土的抗剪、抗壓、抗粘結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力、碳素纖維布的超高強度，都將成為空話。
　　3、碳素纖維布加固工藝的破壞機理分析
　　3.1理論探討
　　碳素纖維加固工藝問世20余年，學者們即圍繞著出現(xiàn)在實驗室和加固現(xiàn)場的關于粘碳素纖維布的“奇異”破壞機理進行不懈的理論研究。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，作為一種各向絕對異性、極不均一的復合材料，要在各向同性的假定條件下，用經(jīng)典的彈性力學理論去計算，顯然難以讓人置信的。學者們曾試圖用LUSAS有限元軟件對混凝土與樹脂之間的粘結界面上的壓就力和剪應力值進行分析，盡管也找到了梁支座附近出現(xiàn)的應力“發(fā)散”的“奇異點”，可用于解釋實驗室和加固工地粘巾界面出現(xiàn)的碳素纖維布構件的尾端曾經(jīng)出現(xiàn)的普通粘結剝離現(xiàn)象，但從計算結果也看到，同一試件用同一方法，只因為有限元網(wǎng)格劃分的邊長不一樣，計算出來的界面正應力和剪應力竟相差1倍。所謂的支座附件的應力“發(fā)散”現(xiàn)象，很可能只是端點附近的有限元網(wǎng)格分得過細有關。這顯然是由于主觀原因造成的。要用理論計算來指導設計與施工，還有一定的距離。
　　3.2定性分析
　　由于進行定量分析存在困難，試用一些力學基本原理結合工程實踐情況對碳素纖維布的破壞機理作一些定性分析，可以加深對該問題的認識和理解。

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