摘要：本文主要介紹了碳纖維復合材料的優(yōu)良性能，結合碳纖維復合材料加固混凝土結構技術(shù)的研究概況，探討了碳纖維復合材料在混凝土結構的承載力、抗震性能和抗疲勞性能等方面加固的有效性，并分析了加固混凝土結構的主要影響因素。最后提出了碳纖維復合材料加固理論的不足之處。

　　關(guān)鍵詞：碳纖維；加固；熱膨脹系數；承載力；抗震；

　　有些建筑物由于受到建造年代、結構使用功能改變、技術(shù)條件或自然災害等因素的影響，出現承載力不足、抵抗變形能力差、抗震能力降低或抗疲勞能力下降等現象，不能滿(mǎn)足現行《混凝土結構設計規范》和《建筑結構抗震設計規范》的要求，因此，需要對其進(jìn)行加固、補強。我國在結構加固和補強方面做了大量的研究和實(shí)踐，工程中常用的結構加固方法很多，有加大截面法、外包鋼加固法、預應力加固法、粘鋼加固法和粘貼碳纖維復合材料加固法等。傳統的加固方法整體水平比較落后、施工方法和施工工藝比較復雜，對結構的自重和使用面積有一定的影響，而粘貼碳纖維復合材料加固法具有具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn)，在工程中得到了廣泛的應用。

　　1.碳纖維復合材料的優(yōu)良性能

　　碳纖維復合材料加固混凝土結構技術(shù)是一種新型、高效、不影響原結構的外觀(guān)的結構加固技術(shù)。工程中采用的碳纖維加固混凝土結構技術(shù)是利用樹(shù)脂膠結材料，將碳纖維材料粘貼于混凝土結構表面，通過(guò)二者協(xié)同受力，達到加固目的。與傳統的加固方法相比，碳纖維加固技術(shù)具有以下的優(yōu)良性能：

　�。�1）高強度高彈性模量。碳纖維的抗拉強度高，極限抗拉強度約為鋼材的10倍，彈性模量和鋼材相近。因此，在加固修補混凝土結構中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點(diǎn)來(lái)提高混凝土結構及構件的承載力和延性，改善其受力性能，達到加固修補的目的。

　�。�2）重量輕，密度只有普通鋼材的1/4。

　�。�3）耐久性好，可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞，解決了其他加固方法所遇到的化學(xué)腐蝕問(wèn)題；同時(shí)也免去了粘鋼加固所需的定期防銹維護，節省維護費用。

　�。�4）熱膨脹系數小。碳纖維材料的熱膨脹系數非常小，其在纖維方向的熱膨脹系數幾乎等于零，這一特性是目前其他任何材料無(wú)可比擬的，垂直于纖維方向的熱膨脹系數雖然比較大，但各向同性制品與其它材料相比又最小。

　�。�5）施工方便快捷、省力節時(shí)、施工質(zhì)量易于保證。碳纖維布加固不需要大型施工機械和重型設備，施工占用場(chǎng)地少，無(wú)濕作業(yè)，碳纖維布柔性好，可以根據設計尺寸用剪刀或刀片將其任意裁剪，操作簡(jiǎn)單，施工速度快，粘貼碳纖維的加固工效是粘鋼加固工效的4～8倍。

　�。�6）施工質(zhì)量易于保證。碳纖維布是柔性材料，即使被加固構件的表面不是非常平整，經(jīng)過(guò)修補后，有效粘貼率可達到95%以上。

　�。�7）對結構影響小。碳纖維材料重量輕，厚度薄，經(jīng)加固修補后的構件，基本上不增加原結構的自重及尺寸，不影響結構的使用空間。

　�。�8）適用范圍廣�；炷�土構件、鋼結構、木結構均可進(jìn)行加固。混凝土結構物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固。隧道、港灣設施、煙囪、倉庫、廠(chǎng)房的加固。受鹽害的混凝土、橋梁以及河川構造物的防護和加固。

　　除此之外，碳纖維材料還有其他的一些優(yōu)勢，如透電磁波、絕緣、隔熱等，這就使得碳纖維加固技術(shù)在混凝土結構加固方面產(chǎn)生良好的綜合效益。

　　2.碳纖維復合材料加固混凝土在建筑結構中的應用

　　在實(shí)際工程中，用來(lái)加固的碳纖維材料主要是碳纖維布。碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力，主要作用是提高結構構件的抗拉強度和抗變形能力，減少裂縫的開(kāi)展，碳纖維布加固技術(shù)在混凝土結構中的應用已較成熟，主要集中在以下幾個(gè)方面。

　�。�1）提高結構抗剪承載力

　　碳纖維布對構件抗剪的貢獻類(lèi)似于箍筋的作用，與混凝土共同承受剪力。另外，碳纖維布也有對核心混凝土的約束作用，并能承擔拉應力，防止主筋過(guò)早屈服，抑制剪切裂縫的出現和發(fā)展。因此，碳纖維布可以明顯提高鋼筋混凝土構件的受剪承載力，增強構件的變形能力。

　�。�2）提高結構抗彎承載力

　　由于碳纖維布具有抗拉強度高的特性，可以將碳纖維布粘貼在構件的受拉表層，使之與混凝土共同承擔拉應力，以提高構件的受彎承載力，達到加固補強的目的。粘貼碳纖維布后，受彎構件的受彎承載能力明顯提高，有效的抑制了裂縫的開(kāi)展，構件的變形能力和延性性能得到顯著(zhù)改善。影響受彎加固效果的主要因素有碳纖維布的材料性能、碳纖維布的寬度和層數、粘結劑質(zhì)量、粘貼質(zhì)量、加固前構件的受荷情況、縱筋配筋率、構件截面尺寸等。

　�。�3）提高結構抗震能力

　　由于碳纖維布能夠約束構件的開(kāi)裂，提高構件的剛度和抵抗變形的能力，當需要提高構件的抗震能力時(shí)，亦可用碳纖維布進(jìn)行增強和增韌。尤其對于鋼筋混凝土梁柱節點(diǎn)和受軸向力作用的鋼筋混凝土柱，往往要求進(jìn)行構件的抗震設計。采用碳纖維布粘貼于梁柱節點(diǎn)范圍，或對鋼筋混凝土柱進(jìn)行包裹，可以明顯改善結構中混凝土構件的延性，增加耗能能力，具有良好的抗震加固效果。此時(shí)，應考慮軸壓比、碳纖維布用量、配箍率、長(cháng)細比等因素對碳纖維布加固構件的變形能力和抗震性能的影響。

　�。�4）提高結構抗疲勞能力

　　對于承受動(dòng)力荷載或重復荷載的構件，要求構件具有足夠的抗疲勞性能，抗疲勞能力的大小與其截面尺寸、配筋率、縱筋類(lèi)型和荷載級別等有關(guān)。用碳纖維布進(jìn)行鋼筋混凝土梁和預應力鋼筋混凝土梁的加固，經(jīng)200萬(wàn)次重復荷載作用后，加固構件的強度和剛度不會(huì )降低，也不會(huì )發(fā)生剝落和脆斷現象。如果采用預應力碳纖維布加固的形式，預應力碳纖維布的存在，使構件中縱筋的應力幅值有所降低，減少了發(fā)生疲勞破壞的可能。而始終處于高應力狀態(tài)的碳纖維布具有良好的抗疲勞性能。其綜合效應使所加固構件的疲勞壽命大大提高，疲勞變形有所減小，構件的疲勞抗裂性能得到較大改善提高，從而延長(cháng)構件的使用壽命。

　　3.結語(yǔ)

　　碳纖維復合材料的耐久性好，抵抗酸、堿腐蝕的能力強，對原結構的影響較小，施工方便，具有其他加固手段所不具備的優(yōu)點(diǎn)。用碳纖維復合材料進(jìn)行混凝土結構的加固，可以有效的提高混凝土結構構件的抗拉強度，改善結構的變形性能，增強結構的抗震能力，提高結構的抗疲勞性能，綜合加固效果顯著(zhù)。但是，碳纖維復合材料加固混凝土結構技術(shù)仍存在一些不足之處。

　�。�1）碳纖維是一種線(xiàn)彈性脆性材料，只有當構件發(fā)生較大變形時(shí)，才能充分發(fā)揮其高強高彈模的性能。而混凝土結構對變形有比較嚴格的控制，在一定程度上限制了碳纖維復合材料能力的發(fā)揮。

　�。�2）碳纖維布加固混凝土結構后，容易發(fā)生粘貼剝離破壞，使加固后混凝土結構呈現明顯的脆性破壞形態(tài)，對結構的可靠度水平有所影響。

　�。�3）目前對碳纖維復合材料加固混凝土結構在長(cháng)期荷載、沖擊荷載作用下受力性能的研究較少，在類(lèi)似方面應用時(shí)應有專(zhuān)門(mén)研究。

　�。�4）對于碳纖維材料加固混凝土梁、柱的抗剪及抗彎加固機理和計算方法已有了成熟的研究和應用成果，但對碳纖維材料加固剪力墻等方面的研究理論還較缺乏。

　�。�5）進(jìn)行碳纖維復合材料加固時(shí)，采用建筑結構膠作為碳纖維復合材料和混凝土結構的粘結劑，該粘結劑對溫度比較敏感，使加固構件的受力性能受溫度的影響較大，應進(jìn)一步加強該方面的研究工作。

　　總之，碳纖維材料加固技術(shù)具有與其它傳統加固方法無(wú)法比擬的優(yōu)越性及良好的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)境效益，隨著(zhù)碳纖維材料成本的降低及國內外研究的不斷深入，該項技術(shù)在混凝土結構加固領(lǐng)域中的應用會(huì )越來(lái)越廣泛，具有廣闊的發(fā)展前景。