摘要: 本文主要介绍了碳纤维片材的技术特点、加固原理及其在各类混凝土结构构件加固中的机理分析。
关键词: 碳纤维加固特点原理机理分析
中图分类号: TU375. 4 文献标识码: A 文章编号: 1006- 3315( 2008) 02- 104- 01
一、引言
近年来，随着国民经济的稳步发展，建筑结构改造加固市场也日趋增大：货运超载引发的桥梁疲劳破坏以及承载力不足；旧有建筑物改扩建、室内外装饰改造以及抗震加固工程的增多；还有建筑物使用功能的改变、工程质量病害处理、地震火灾后房屋的修复等等，都使得建筑结构改造加固技术在工程建设领域的应用越来越广泛。
二、特点
碳纤维增强材料，简称碳纤维，是近十年来在发达国家新兴的一种加固混凝土结构的新材料，以其优异的力学性能在工程领域日渐受宠，被人们称为“ 结构加固的新星”。采用碳纤维加固技术具有如下几个特点：
1.强度高。碳纤维片材的抗拉强度一般都在3500MPa 以上，远高于钢材；抗拉弹性模量为230000～430000MPa，亦高于钢材。因此它的比强度（ 即材料的强度与其密度之比）可达到2000MPa/g/cm3以上，而Q235 钢的比强度仅为59MPa/g/cm3 左右，比模量也比钢材高。
2.施工简便、快捷。使用碳纤维加固构件不需大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。
3.抗酸碱盐类介质的腐蚀，应用面广。加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。
4.可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，延长结构的使用寿命。
5.易于保持结构原状，基本不增加结构自重及截面尺寸。
三、碳纤维的补强、加固原理
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（ 抗弯、抗剪）承载能力。
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度约为普通钢材的10 倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作。因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用。
四、碳纤维布在混凝土结构加固中的机理分析
碳纤维加固技术应用广泛，适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15 即可，这里着重介绍碳纤维布加固钢筋混凝土抗弯、抗剪、抗震构件的机理作用，其它从略。
1. 碳纤维加固钢筋混凝土抗弯构件
钢筋混凝土受弯构件的抗弯加固，是通过将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同工作，应变增长加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。
2. 碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件
钢筋混凝土的抗剪加固，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维的作用类似于箍筋。在构件屈服前，碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小；在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加快，应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变发展缓慢。
3 . 碳纤维加固钢筋混凝土抗震柱
应用碳纤维对混凝土柱进行抗震加固，是通过用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性而实现的。碳纤维的主要作用是对其内部混凝土起到了约束作用，这种约束是一种被动约束，约束机制取决于两个因素：混凝土的横向膨胀性能和外包碳纤维布的环向约束能力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向变形小，故碳纤维横向变形也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近；第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，显著改善了构件的延性。
五、探讨
粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益；在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度，那么在其它的结构中，碳纤维布能否起到加强抗拉强度的作用呢？因为碳纤维布在结构胶的作用下强度很高，其它结构在用碳纤维布加固后，会否像类似钢筋混凝土结构构件的超筋截面破坏一样产生负面影响呢？这些问题有待工程技术人员进一步研究、开发。
参考文献:
[1]《混凝土结构加固技术规范》( CECS25: 90)
[ 2]《混凝土结构加固设计规范》( GB50367- 2006)
[ 3] 《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》( CECS146:2003)
