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碳纤维加固寿命最新研究!恐被替代?
- 2017-02-20 -

  加固人经常嚷嚷的碳纤维加固到底是什么?对碳纤维加固的最新研究透漏了什么讯息?未来碳纤维加固是否将被淘汰出局?  

    一、碳纤维加固原理

  碳纤维加固是继粘钢、加大混凝土截面之后的又一种新型的结构加固技术,其工作原理是将碳纤维布用环氧树脂粘贴在混凝土结构物表面,使其与原结构形成一体,共同承受荷载,使结构得到有效的加固。

  二、碳纤维加固使用范围

  碳纤维加固适宜什么情况下使用?不适宜什么情况下使用?

  1.碳纤维加固适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。

  2.但应当指出的是,因为碳纤维加固构件固有的一些受力特色,很多混凝土构件并不适用,主要有以下三种情况:

  a.刚度疑问

  当混凝土楼、屋盖等构造因为刚度缺乏,致使变形过大、开裂严重而影响使用时,不适合粘贴碳纤维布加固。研究表明,对于梁、板等横向受力构件,当采用碳纤维加固时,在正常运用极限状况下,碳纤维对构造刚度的进步作用小于10%,或根本没有进步。

  b.碳纤维抗弯加固的适用范围

  当混凝土构造因为抗弯承载力不行,选用碳纤维布进行加固时,加固构造的损坏形状一方面取决于原构造的配筋状况,另一方面取决于碳纤维的用量。现假定原构造为适筋构件,则加固构造的损坏形状可分为如下三种状况。

  ⑴碳纤维用量较少。损坏时受压区边际混凝土压碎,受拉钢筋屈从,碳纤维能够到达较高的拉应变。

  ⑵碳纤维用量适中。损坏时受压区边际混凝土压碎,受拉钢筋屈从,碳纤维可到达某一中等拉应变。

  ⑶碳纤维用量较多。损坏时受压区边际混凝土压碎,受拉钢筋屈从,碳纤维应变很低。

  上述三种状况,第三种状况因为碳纤维用量大且强度利用率低,不宜选用。第一种加固办法适用于截面高度较大的梁,第二种加固办法适用于截面高度较小的板或扁梁。

  这主要是因为对板或扁梁而言,在碳纤维未到达很高的拉应变时,构造就能够因为变形过大而损坏。详细界限取决于碳纤维极限拉应变和加载方法。

  c.抗扭疑问

  对于用碳纤维材料进行混凝土构造的抗扭加固,目前国内外进行的研讨很少。从混凝土构造的受扭损坏机理上看,不管使碳纤维的纤维方向垂直于轴线,还是平行于轴线,均能够束缚改变斜裂缝的发展,起到一定的加固作用。

  可是,因为用碳纤维进行加固时,一方面构件裂缝现已构成,裂缝散布现已断定;另一方面因为碳纤维的极限应变可高达10000με以上,而普通钢筋应变不到2000με即已屈从,若应变加到4000με以上时混凝土裂缝宽度已展开很大,必定开端向其他表面发展,构造即已接近损坏,而此刻碳纤维所能到达的应力能够还很低,因而碳纤维布加固受扭构件的作用有必要经过进一步研讨断定。

  三、碳纤维加固效果

  我们选择碳纤维布对学校、商场、家庭等进行加固,就是为了保证生命财产的安全。所以,选择碳纤维布的第一个要求就是:安全。

  碳纤维加固到底安不安全?可不可靠?能否达到加固效果?有什么样的标准?怎样去鉴定?

  《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》(GB 50728-2011)中,对碳纤维复合材料安全性鉴定的检验项目及合格指标做出如下规定:我们可以从报告中看出,对碳纤维布的安全性鉴定,主要从抗拉强度、弹性模量、伸长率、弯曲强度、层间剪切强度、与基材正拉粘结强度、单位面积质量等几个方面进行。

  碳纤维布加固房屋寿命有多长?

  要谈论碳纤维加固的寿命,首先要看影响碳纤维布耐久性的因素,小悍认为有以下几点:

  1.碳纤维丝品质差异。

  相关规定明确表示:碳纤维复合材用的纤维必须为连续纤维,其中作为承重结构加固用的碳纤维,必须选用聚丙烯腈基(PAN基)15K及15K以下的小束丝纤维,严禁使用大束丝。不同生产厂家的碳纤维丝品质也有差异,如上海悍马采用日本进口航空级12K小丝束碳纤维。

  2.除碳纤维丝品质有差异外,编织碳纤维布用的编线质量也有很大的差异。

  目前市场上固定及封边的编线有热熔线、棉线、玻璃纤维、尼龙线等。而优质碳纤维布,均使用热熔线。

  (热熔线是一种经加热可熔融的聚合物制成的线状连结材料,装订时温度可达到150℃,好的热熔线可以耐四五百度的高温。)而一些无良商家,采用普通棉线代替热熔线,以节约成本。外观上差别不大,但是在耐高温、耐疲劳性等方面都相差甚远。

  3.加固环境的恶劣程度对材料的影响

  相关机构对碳纤维复合材在多种典型环境下(有水环境、酸性环境、碱含量较高的环境)的耐老化性能进行了试验。试验将碳纤维布及碳纤维布复合材在典型环境中浸置10d、20d、30d、40d、50d、60d后,取出晾干,然后进行拉伸试验。

  试验结果表明:碳纤维布在未加防护的前提下,在有水、酸溶剂、碱溶剂中浸泡60d后,其力学性能(弹性模量、抗拉强度、伸长率)降低数值很小。这表明,碳纤维布在这几种介质中具有良好的耐久性。

  但是,对于港口、码头等近海水地域的建筑加固,碳纤维因为长期处于海水浸泡的特殊环境中,不可避免的受到海水的物理和化学侵蚀。此外风浪、冰块的撞击,冻融循环等,也对碳纤维布造成少许伤害。

  同时,试验表明,碳纤维本身对介质的耐久性很好,而碳纤维加固对介质的耐久性主要取决于碳纤维结构胶的耐久性能