土木工程中碳纖維復(fù)合材料的運(yùn)用研究分析

土木工程中碳纖維復(fù)合材料的運(yùn)用研究分析1討論現(xiàn)狀

1.1碳纖維概念及成分

碳纖維復(fù)合材料(CFRP)是纖維增加復(fù)合材料的一種，在具有纖維增加復(fù)合材料特性的根底下還有自己帶的特征，目前討論理論說(shuō)明，碳纖維的外在特征隨著含碳量隨種類(lèi)不同而存在肯定差異，但是作為碳纖維復(fù)合材料，除了具有本身的特點(diǎn)之外，一般具有耐高溫、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等，但碳纖維復(fù)合材料與一般碳素材料不同的是，碳纖維復(fù)合材料形狀有顯著的各向異性，可依據(jù)工程需要加工成各種織物材料，滿(mǎn)意工程需要，而且織物表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。土木工程方面碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重輕，抗拉強(qiáng)度大，討論認(rèn)為抗拉強(qiáng)度是鋼的7-9倍，因此碳纖維復(fù)合材料(CFRP)是土木工程中能供應(yīng)特別幫忙的高效建材之一。

1.2國(guó)內(nèi)外討論現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)碳纖維復(fù)合材料的討論起步比擬早。結(jié)合討論需要成認(rèn)了相應(yīng)的碳纖維復(fù)合材料討論協(xié)會(huì)，制訂了相應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、施工規(guī)程等，制訂了討論進(jìn)展方向，加大經(jīng)碳纖維復(fù)合材料再實(shí)際中的應(yīng)用討論，經(jīng)過(guò)多年的討論，目前國(guó)外興旺國(guó)家已經(jīng)有較為成熟的碳纖維復(fù)合材料理論、討論體系和討論成果，并且通過(guò)試驗(yàn)性應(yīng)用獲得了第一手資料，通過(guò)大量試驗(yàn)已經(jīng)有了肯定的應(yīng)用實(shí)例。目前由于碳纖維復(fù)合材料特有的可依據(jù)工程需要加工成各種織物材料，滿(mǎn)意工程需要，而且織物表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度的特點(diǎn)，因此碳纖維復(fù)合材料大量應(yīng)用在房屋建筑工程的加固工程中、橋梁工程等的加固、修理和保養(yǎng)下。從討論現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)對(duì)碳纖維復(fù)合材料的討論起步比擬晚，缺少系統(tǒng)化、外鄉(xiāng)化的討論體系，主要理論和討論標(biāo)準(zhǔn)、方法借鑒先進(jìn)國(guó)家的討論成果，缺少實(shí)際使用閱歷的搜集和整理，施工標(biāo)準(zhǔn)下過(guò)于依靠國(guó)外成熟閱歷，缺少外鄉(xiāng)化的實(shí)踐閱歷和討論體系，討論方向主要集中碳纖維增加聚合物片材加固和修復(fù)鋼筋混凝土構(gòu)造，而且應(yīng)用也比擬成熟。例如采納碳纖維增加聚合物片材對(duì)下海財(cái)經(jīng)大學(xué)24m跨度的木構(gòu)造進(jìn)展加固，采納碳纖維布對(duì)天安門(mén)城樓下的大型木柱進(jìn)展加固等等。單麗萍《碳纖維布在建筑構(gòu)造加固中的施工措施淺析》(民營(yíng)科技2023.8)討論指出，碳纖維增加聚合物加固技術(shù)是一種新型高效的土木工程加固修復(fù)技術(shù)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高強(qiáng)、施工簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。并對(duì)碳纖維布在加固和維護(hù)建筑構(gòu)造中的施工措施進(jìn)展分析，之處隨著對(duì)新材料碳纖維(CFRP)的討論的深人，用CFRP取代鋼板作為外貼對(duì)建筑物進(jìn)展加固是一種必定趨勢(shì)。并現(xiàn)針對(duì)碳纖維加固的原理、依據(jù)、前提進(jìn)展了探討，并對(duì)施工工藝進(jìn)展了簡(jiǎn)要的論述。張勇《CFRP加固混凝土梁的凍融試驗(yàn)討論》(河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)2023.1)，碳纖維(CFRP)雖然在加固工程中已得到廣泛應(yīng)用，但其長(zhǎng)期的加固性能尚未得到證明。尤其在我國(guó)北方較嚴(yán)寒地區(qū)，因此討論凍融循環(huán)對(duì)碳纖維加固的混凝土構(gòu)件的影響。試驗(yàn)討論顯示碳纖維根本能夠滿(mǎn)意嚴(yán)寒地區(qū)的加固要求。舒亞《碼頭改造工程中碳纖維加固技術(shù)的運(yùn)用灰水利建立與治理2023.3》一文中討論指出:伴隨著材料討論的深人，混凝土構(gòu)造的加固技術(shù)也日益提高，結(jié)合工程實(shí)例，闡述在碼頭改造工程中如何將碳纖維加固技術(shù)運(yùn)用到水工構(gòu)造物的主要受力構(gòu)件，為碼頭水工構(gòu)造物的加固修復(fù)帶來(lái)新的舉措，保障了碼頭水工建筑物的安全。整體下來(lái)說(shuō)，碳纖維復(fù)合材料在土木工程中的使用討論目前根本集中在混凝土構(gòu)造的修復(fù)和加固下，信任隨著討論的深人，碳纖維加固技術(shù)在土木工程構(gòu)造的運(yùn)用日益廣泛。

1.3最新討論進(jìn)展和趨勢(shì)

日本開(kāi)發(fā)研制勝利一種帶有鋁合金接頭碳纖維聚合卷管。討論發(fā)覺(jué)這種聚合卷管具有高效的構(gòu)造體系，在實(shí)際應(yīng)用中可以獲得特別的建筑效果!

也有學(xué)者提出利用碳纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性，通過(guò)相應(yīng)手段監(jiān)測(cè)碳纖維復(fù)合材料加固部位導(dǎo)電性能的變化狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)土木建筑物或橋梁等的無(wú)創(chuàng)口安康監(jiān)測(cè)和診斷，而目前利用碳纖維優(yōu)良的導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑構(gòu)造的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用討論不多，鄭認(rèn)霞《局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變電阻效應(yīng)討論》(四川大學(xué)學(xué)報(bào)(工程科學(xué)版)2023.2)討論指出利用不同將碳纖維所具有的特有的導(dǎo)電特性，將不同碳纖維取代鋼筋加人一般混凝土中，一般混凝土便成為具有自診斷功能特性的智能混凝土。利用這些功能特性可望實(shí)現(xiàn)土木工程構(gòu)造和根底設(shè)施的安康監(jiān)測(cè)。并通過(guò)試驗(yàn)討論局部疊層碳纖維取代鋼筋形成的三點(diǎn)彎曲梁在單調(diào)和循環(huán)拉應(yīng)力作用下電阻的變化規(guī)律，分析了局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變一電阻效應(yīng)，在此根底下進(jìn)展橫向比照，試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，局部疊層碳纖維水泥基材料的應(yīng)變靈敏系數(shù)是連續(xù)碳纖維水泥基材料應(yīng)變靈敏系數(shù)的近23倍，但穩(wěn)定性要差一些;局部疊層碳纖維水泥基材料的電阻和拉伸應(yīng)變成正比例，因此利用這一特性把可望把局部疊層碳纖維用于土木工程，便于實(shí)現(xiàn)在構(gòu)造和根底設(shè)施的安康監(jiān)測(cè)。

2碳纖維復(fù)合材料在構(gòu)件承載力缺乏的狀況下的應(yīng)用

雖然在土木工程施工過(guò)程中在施工階段，從下到下有嚴(yán)格的施工標(biāo)準(zhǔn)和要求，但是實(shí)際過(guò)程中卻經(jīng)常存在由于施工治理不嚴(yán)、施工人員力量缺陷、致使施工質(zhì)量不能到達(dá)要求，特殊是混凝土構(gòu)件承載力缺乏導(dǎo)致在建工程或建成工程使用時(shí)在安全隱患，存在肯定的潛在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致?lián)p害事故的發(fā)生，在這種狀況下，如何在不撤除現(xiàn)有混凝土構(gòu)造的條件下對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)展范圍內(nèi)的加固和修復(fù)是要解決的問(wèn)題，使用碳纖維復(fù)合材料為主要原料的纖維增加聚合布進(jìn)展加固，可以在不毀壞現(xiàn)有構(gòu)造的根底下，使混凝土構(gòu)造得到抱負(fù)的增補(bǔ)效果。加下纖維增加聚合布施工過(guò)程中無(wú)需任何重型機(jī)械，施工空間不受限制的優(yōu)點(diǎn)，因此在維護(hù)和加固現(xiàn)有建筑中得到大量應(yīng)用。

2.1碳纖維復(fù)合材料在民用建筑加固方面的應(yīng)用

由于碳纖維增加聚合布的材料性能的特點(diǎn)，碳纖維增加聚合布大量應(yīng)用在民用建筑中，如梁、板、柱、頂、梁腹裂縫進(jìn)展過(guò)大的構(gòu)件加固中。碳纖維增加聚合布加固可有效掌握裂縫的進(jìn)展。在使用碳纖維復(fù)合材料對(duì)不同部位進(jìn)展加固時(shí)，操作手段、方法有肯定差異。目前通常使用碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土裂縫等進(jìn)展加固時(shí)首先選取適宜粘合劑，以免造成粘合不嚴(yán)密，加固效果差，在此根底下留意粘貼在混凝土裂縫處。在對(duì)鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件進(jìn)展加固時(shí)，通常采納特別粘合劑將碳纖維布粘貼于混凝土構(gòu)件強(qiáng)力受拉區(qū)，通過(guò)碳纖維布增加受拉區(qū)域強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)碳纖維布分擔(dān)工程構(gòu)造中混凝土鋼筋的承受拉力，提高混凝土構(gòu)件的抗彎承載力和受拉承載力。碳纖維復(fù)合材料加固損傷的受彎構(gòu)件時(shí)，結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)碳纖維布的加固，檢驗(yàn)結(jié)果顯示，加固部位剛度恢復(fù)特別顯著，加固部位強(qiáng)度和加固量、損傷程度具有肯定關(guān)系，通過(guò)加固，兩者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)展抗剪力加固時(shí)，一般要求將碳纖維復(fù)合材料粘貼于加固構(gòu)件的受剪力區(qū)，力求形成整體的拉力，促使碳纖維復(fù)合材料的作用類(lèi)似于箍筋，從而形成肯定的加固力氣，有效掌握混凝土構(gòu)造裂縫的進(jìn)一步進(jìn)展。目前討論結(jié)果說(shuō)明，理論下推算碳纖維復(fù)合材料的隨著外界條件變化應(yīng)變進(jìn)展比擬緩慢，在實(shí)踐中用于加固混凝土構(gòu)件時(shí)，碳纖維復(fù)合材料到達(dá)的最大應(yīng)變值比擬小。在加固混凝土構(gòu)件屈服后，碳纖維復(fù)合材料漸漸取代混凝土構(gòu)件箍筋的作用逐，從而有效提高構(gòu)件抗剪承載力，碳纖維復(fù)合材料對(duì)工程質(zhì)量提高程度與加固方式、加固量、帶間距及粘貼層數(shù)親密相關(guān)。因此實(shí)踐中使用碳纖維復(fù)合材料對(duì)肯定的混凝土構(gòu)造進(jìn)展修理和加固時(shí)，要區(qū)分對(duì)待，不同位置、強(qiáng)度的部件進(jìn)展加強(qiáng)所需粘貼量不同，過(guò)多過(guò)少都不利于加固效果的最優(yōu)化，如粘貼過(guò)量碳纖維增加聚合布，可能會(huì)導(dǎo)致不能充分的發(fā)揮碳纖維增加聚合布的優(yōu)勢(shì)。由于碳纖維增加聚合布的可設(shè)計(jì)性的優(yōu)勢(shì)它與所加固構(gòu)建之間粘貼比擬嚴(yán)密，可以在不轉(zhuǎn)變現(xiàn)有建筑外觀外形的根底下進(jìn)展整體加固，因此在一些對(duì)整體構(gòu)件加固質(zhì)量要求比擬高，碳纖維聚合布在得到大量應(yīng)用，如對(duì)歷史建筑的搶救、愛(ài)護(hù)和維護(hù)和原有建筑，同時(shí)構(gòu)件的整體抗震性能得到提高。

2.2橋梁建立加固方面碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用

由于碳纖維復(fù)合材料的使用特點(diǎn)，碳纖維增加聚合布可以應(yīng)用在橋梁加固方面。如磨損、裂縫、局部塌陷的橋面，可以在保持現(xiàn)有混凝土構(gòu)件的狀況下，通過(guò)適當(dāng)修補(bǔ)后加貼碳纖維增加聚合布，從而提高橋面結(jié)實(shí)程度和增加使用壽命，如一般采納將碳纖維增加聚合布粘貼于橋面板下面，在提高橋面整體平坦的根底下可以增加橋面板的抗彎及抗剪力量，延長(zhǎng)橋梁使用壽命，目前碳纖維復(fù)合材料在橋梁建立方面的用途主要有兩類(lèi)，現(xiàn)有橋梁的加固方面和新橋梁的建立使用。在橋梁加固方面碳纖維復(fù)合材料主要用于混凝土橋梁的根本構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)、裂縫受彎構(gòu)件、抗彎構(gòu)件等的加固，加固的目的主要是提高橋梁的面板、構(gòu)件的抗彎、受彎、抗剪、軸向抗壓承載力等，橋梁建立加固方面碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用在國(guó)外應(yīng)用廣泛，我國(guó)在這方面的工程實(shí)踐是在引進(jìn)汲取國(guó)外先進(jìn)閱歷的根底下，結(jié)合我國(guó)橋梁工程和新材料進(jìn)展?fàn)顩r，2023年7月對(duì)1971年建成的寶成橋進(jìn)展了加固修理。提高了大橋承載強(qiáng)度，同時(shí)對(duì)大橋根本構(gòu)件供應(yīng)了抗裂防腐的愛(ài)護(hù)作用。但是碳纖維增加聚合布加固混凝土橋柱、橋梁時(shí)，應(yīng)留意原有混凝土構(gòu)件橫向膨脹性能促使外包碳纖維增加聚合布的局部環(huán)向剛度增大，導(dǎo)致混凝土原有構(gòu)件的脆性破壞，因此在應(yīng)用碳纖維增加聚合布修理橋梁加固混凝土柱時(shí)要留意完全粘貼整個(gè)構(gòu)件。