碳纤维加固技术在建筑工程中的应用

聂 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

碳纤维加固技术在建筑工程中的应用

聂 敏

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

介绍了碳纤维加固技术的原理，对碳纤维增强水泥、预应力碳纤维板、碳纤维复合力筋的特性及其在建筑工程中的应用技术进行了阐述，并分析了碳纤维材料与传统材料相比所具有的优越性，以促进其进一步的推广应用。

碳纤维材料，加固，应用，优越性

目前，现有建筑中有相当一部分由于各种原因需要进行维修加固，在众多传统加固方法中，碳纤维加固修补技术脱颖而出，成为一种最具潜力的新型结构加固技术。碳纤维与传统加固技术相比，具有节省空间、施工简便、耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可以大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此碳纤维作为划时代的补强材料，备受青睐和关注。

1 碳纤维加固技术的原理

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍。碳纤维材料制成的碳纤维布与粘结剂相结合后，各碳纤维丝能很好的共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，从而达到加固的目的。

2 碳纤维材料在建筑工程中的具体应用

碳纤维材料是一种主要由碳元素组成的特种纤维，其具有耐高温、耐摩擦、变形量小、抗辐射和抗腐蚀等特性，传热系数小等特点，在建筑中的应用也越来越广泛，从而形成了以下五个应用形式。

2.1 碳纤维增强水泥

碳纤维增强水泥指的是用短切碳纤维和白水泥加入蒸馏水复合而成的一种复合材料，具有在强碱环境下化学性能稳定，机械强度和尺寸稳定等特性，能够消除钢筋混凝土的盐水降解和劣化，可以克服氯离子对钢筋的腐蚀，成为可持续发展的绿色材料，碳纤维可以取代钢筋增强水泥材料，减小结构重量，提高结构强度，进而满足建造高度大、跨度大的构筑物，常作为高层建筑的外墙墙板使用。

2.2 预应力碳纤维板

预应力碳纤维板材是目前建筑材料中耐腐蚀性能最好的材料之一。根据研究数据表明：弱酸、弱碱、冻融循环、长时间日照等环境作用对碳纤维的力学性能及耐老化性能影响极小。目前常用的碳纤维片材加固技术，是在结构受拉区域用化学胶粘剂粘贴碳纤维板材，使其与构件混凝土及内部钢筋共同承受拉应力，抗拉强度高，是同等截面钢材的7倍～10倍;易使用，作业时不需要大型机械设备；在平板下端如有配管交错放置或受空间限制的情况，方便直接作业；粘贴碳纤维板时，碳板胶不流淌，减少对周边环境的影响；补强后构建的形状、质量和使用空间基本不改变，能够更大程度的提高结构性能；当中间有梁或壁的平板时，只要凿穿使碳纤维板能够通过的孔洞即可，不需切断，进一步提高补强效果。

2.3 碳纤维复合力筋

碳纤维复合力筋是由多股长纤维丝浸渍树脂材料，经过特制的模具拉伸成型的复合材料。碳纤维筋的机械化程度较高，其强度比普通低碳钢高90%，而重量却是它的1/5，其延伸量只有钢筋的1/8；抗疲劳极限是钢丝的3倍，抗冲击性能高，便于操作，常用在桥梁，码头等的结构中。早在二十世纪八九十年代日本的新宫桥、美国的泰勒大桥就采用了碳纤维复合力筋，使用效果至今都很好，足见碳纤维复合力筋的强度极高。

2.4 碳纤维板材

碳纤维是用常温固化的环氧树脂将碳纤维束粘结起来制成的薄板。把碳纤维板材贴在建筑物的墙体或地面表面，内部再加入特殊功能性夹层，这样能够更好地发挥碳纤维板材的高拉伸作用。并且碳纤维板材还可以修补加固已经劣化的钢筋混凝土结构物和提高结构物的耐力，和对用旧标准设计的钢筋混凝土结构物进行补强、加固。碳纤维板材耐热、耐腐蚀、保温隔热性以及抗静电性都极好，还具有防火的功能。碳纤维板材的外观美观，不需要重新装饰，墙面容易清理，在各种高层建筑及军事设施中应用极为广泛。

2.5 其他应用

碳纤维材料还可以应用于以下几个土木建筑领域：

1)建筑的智能检测体系。

2)防水房顶涂层。

3)电磁屏蔽板和导电板。

4)碳纤维模板。

5)碳纤维增强木材。

6)碳纤维大跨度管线。

3 碳纤维材料与传统材料相比所具有的优越性

碳纤维加固材料是高强度碳纤维单向排列，用微量的树脂浸渗后作为混凝土的修复补强材料，其抗拉强度是普通二级钢筋的10倍以上。碳纤维加固材料可广泛应用于梁、柱、剪力墙及板的加固：可提高柱延性(抗震能力)2倍～4倍；提高梁、板的抗弯能力30%～100%；增强梁、柱抗剪能力30%～80%；提高柱、墙承压能力20%～50%，特别适用于各类曲面结构。同时，碳纤维加固材料耐久性好，耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀，节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，可大大提高建筑物使用寿命，降低加固成本等。总之，碳纤维材料在建筑工程中的优越性是显而易见的。

4 结语

近年来，随着碳纤维复合材料产量的增加，碳纤维材料越来越表现出它的优越性，在建筑工程中发挥着巨大的作用。未来，由于碳纤维复合材料的存在，建筑工程将出现划时代的辉煌景象。

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

聂 敏(1984- )，女，助理工程师

TU745

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