东营混凝土裂缝加固

在认识碳纤维增强塑料复合材料制品时，很多人看到具有碳纤维纹路的制品感觉就是酷，具有时尚科技感。今天我们就来探讨不同碳纤维纹路来做碳纤维复合材料制品有什么不一样。
碳纤维在复合材料中起到承载载荷的作用，外界作用于CFRP复合材料上的力都会经塑料传递给碳纤维，所以对CFRP复合材料的破坏首先要破坏碳纤维。
那么对碳纤维的破坏基本可分两种，一种是平行于碳纤维方向的拉伸力，这个力会将碳纤维拉断，所以要求碳纤维具备较高的拉伸强度；另一种是剪切力，这个力垂直于碳纤维方向，要求碳纤维具备较高的抗剪切强度。可惜在所有碳纤维供应商产品性能参数一栏里都没有出现碳纤维剪切强度的表述。这是因为首先碳纤维剪切强度很小，另一方面碳纤维本身属于一维材料，在直径尺度很小，对碳纤维制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纤维的拉伸力。
有了这个概念，那么进行复合材料制品设计过程中，尽可能了解制品的受力情况，然后对制品的纤维排布方向进行针对性的优化，尽可能的使作用于碳纤维复合材料外力分解成不同方向上碳纤维的拉伸力，因为拉伸强度高是碳纤维的优势，以己之长攻彼之短嘛。二维的编织布是制造碳纤维复合材料制品和预浸料的原料，也是进行纤维排布方向优化的基础。那么对不同碳纤维布编制方向的了解将会有助于碳纤维复合材料制品的设计。
平纹编织的特点是经纱和纬纱以一上一下的规律交织。也就是经纬纱每隔一根纱就交错一次（如图1、2），所以交织点多，使织物坚牢、耐磨、硬挺、平整，但弹性较小，光泽一般，平纹织物密度不可能太高，较为轻薄，耐磨性较好，透气性较好，布面均匀且正反面相同。这种碳纤维布的纤维束由于一直处于上下起伏的状态，纤维弯曲点比较多，在受拉伸过程中伸长率较高。同时由于相邻两根经纱和相邻两根纬纱交织点位置由于纤维束的滑动出现眼孔。平纹编织的变种形式也很多，比如12K经纱与1K纬纱混合编织。由于经线和纬线方向上纤维束的反射光不同，因此平纹编织纤维布可观察到格子状的外观，类似于国际象棋的棋盘。
斜纹编织纤维布具有与纤维束排布方向有一定夹角的斜向纹路（如图3、4），这个纹路方向上并不存在纤维束，而是由于纤维束经纬向编织过程，经向或纬向纤维束跳过两束纬向或经向纤维进行编织。也就是纤维束一上一下的编织频率减小，纤维束浮长增大，同时相邻两个纤维束错开一个编织位。这样就造成了斜纹编织布的斜向纹路特点。这种斜纹外观具有很强的立体感，用来做汽车改装制品，比如面板、引擎盖、排气筒等。
缎纹编织具备单独的、互不连续的经交织点（或纬交织点）在组织循环中有规律的均匀分布如图（5、6），这样的编织形式称为缎纹。它的特点是经线（或纬线）浮线较长，交织点较少，它们虽形成斜线，但不是连续的，相互间隔距离有规律而均匀，此纤维布结构形式称为缎纹组织。缎纹纤维布经纱和纬纱至少隔三根才交织一次，因此这种编织结构使织物密度更高，因而纤维布更加厚实。这种缎纹纤维布表面平滑匀整，质地柔软，富有光泽或稍呈纹路。这类纤维布强度低于平纹和斜纹。
这三种编织形态由于碳纤维束受到弯曲和其他纤维束的影响造成碳纤维布的强度有差异，而且表征碳纤维编织布强度会有拉伸力、撕扯力、**破力、弯曲力等，这些也是随着编织方式的不同各有差异。总体来说在碳纤维束排布方向上的拉伸强度与纤维强度和纤维摩擦力相关。而与纤维束不同的方向上的拉伸力则与纤维的编织形态关系较大了，一方面这一拉伸力可分为纤维平行方向和垂直方向上的力，平行方向的力要求纤维强度高，垂直方向上的力则与编织形态对纤维束的阻力有关了。
东华大学纺织学院在研究编织结构对织物强度的影响则有平纹>斜纹>缎纹。而在撕扯强度方面则有缎纹>斜纹>平纹。不过单独研究编制结构对复合材料的影响有一些片面，需要综合基体材料及制品受力情况来考量。
本文说论述碳纤维布的概念属于狭义范畴，碳纤维布有编织类的，就像我们今天将的平纹、斜纹、缎纹编织；类的，像薄毡和无纺布；还有一种无纬布，就是整个纤维布的纤维排布在一个方向上，这在预浸料中很常见，靠网胎和树脂保持布状形态。碳纤维布是我们设计复合材料的基础，根据受力情况优化某一方向上纤维束的排布方向是关键，可设计性是复合材料得以存在的优势，国内复合材料制品企业在这一方面的研究应该更深。

混凝土桥梁结构的粘贴碳纤维板技术在加固中具有不中断交通，且工期短，人工少的优点。所以扩展该项技术开展了配有大偏心CFRP体外束预应力混凝土连续梁桥体系应用研究，是本世纪新型桥梁建设方向之一。
1，碳纤维材料的基本特性
碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。
1.1 碳纤维片材
片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。 片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。
1.2 配套树脂类粘结材料
混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键，因此，树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。
就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言，在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义，因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间紧密相关。采用专配的材料，在混凝土施工表面温度（10～40）摄氏度时，粘贴固化时间约15小时以上，但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上，专配的材料的这一性能是完全适合混凝土桥梁的加固工作。
2，碳纤维加固补强的施工工艺
2.1 根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理；
2.1.1 将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原。
2.1.2 裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用灌缝。
2.1.3 将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角。
2.1.4 清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
2.2 底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）
2.2.1 把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准。
2.2.2 用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料。
2.2.3 底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光。
2.2.4 注意在气温小于5C，相对湿度大于85，砼表面含水率在8以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。
2.3 对构件表面残缺的修补
2.3.1 构件表面凹陷部位应用填平，修复至表面平整。
2.3.2 内角（段差、起拱等）要用填补使之平顺。
2.4 贴碳纤维片。
2.4.1 为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一般不**过6rn。
2.4.2 碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接。
2.4.3 按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂。
2.4.4 贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。
2.5 养护
粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。
2.6 涂装
根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。
3，碳纤维（片材）加固处理要点
在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支**措施，然后按以下施工工序进行加固施工。
3.1 破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。3.2 按设计要求对破损面钢筋处理后用M45的砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15mm，利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。
3.3 涂刷底层树脂：用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。
3.4 找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。
3.5 粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如**过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
3.6 在后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
4，对碳纤维加固补强技术的展望
碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：
4.1 施工简便迅速，*模板、夹具、支撑等。
4.2 不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m～300g/m，设计厚度0.111mm～0.167mm，加上的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计。
4.3 能适应各种结构外形的补强。
4.4 可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。
随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。

碳纤维布（CFRP）加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构及构件加固补强的目的。
加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面，胶结材料作为它们之间的剪力连接媒介，形成新的复合体，使增强贴片与原有钢筋共同作用，增大了结构抗拉及抗剪能力，可有效提高结构的强度，延性及抗裂性。利用碳纤维布良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。
CFRP加固修补混凝土结构所用材料主要为碳纤维布与粘贴用树脂。
1、碳纤维布的抗拉强度应按纤维的净截面面积计算，净截面面积取碳纤维布的计算厚度乘以宽度。碳纤维布的计算厚度取碳纤维布的单位面积质量除以碳纤维密度。单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量不宜低于150g/㎡，且不宜**450g/㎡。在施工质量有可靠保证时，单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量可提高到600g/㎡。
2、粘结剂要有足够的粘结性能，工艺过程中各部位所使用的胶结材料的种类、型号，应根据施工时的温度、湿度进行选择。应正确掌握主剂和固化剂的配比，使渗透性、粘稠度、固化速度等方面能满足不同季节施工的需要。采用碳纤维片材对混凝土结构加固时，应采用与碳纤维片材配套的底层树脂、找平材料、浸渍树脂或粘结树脂。
3、在受弯加固和受剪加固时，被加固的混凝土结构构件，其现场实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5MPa。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时，混凝土强度等级不应低于C10。
4、主要机具：角向磨光机、砂纸、剪刀、凿子、榔头、台秤、卷尺、水平仪、铅锤、滚筒、刮板、搅拌容器、橡胶抹子、滚洞刷子、搅拌器、防护眼镜、橡胶手套、口罩等。
1、应认真阅读设计施工图。在进行混凝土表面处理和粘贴碳纤维布前，应按加固设计部位放线定位。
2、应根据施工现场实际情况和加固构件混凝土的补强荷载要求，制定相应施工方案和施工计划。
3、应对所使用的碳纤维布、配套树脂、机具等做好施工前的物质准备工作。
4、进场后的碳纤维布、配套树脂应抽样送检，合格后方可施工。
5、施工宜在环境温度为5℃以上的条件下进行，并应符合配套树脂要求的施工使用温度。当环境温度低于5℃时，应采用适用于低温环境的配套树脂或采取升温措施。
采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应由专业施工队伍进行施工。
施工过程中应避免碳纤维片材弯折。

碳纤维布加固在抗震领域的使用
近期，世界各地不同层次的发生了地震灾害，频繁的地震灾害给人们带来了巨大的伤害和严重的财产损失，建筑结构抗震加固刻不容缓。为此，为大家推荐适合的抗震加固方法——碳纤维布加固法。
碳纤维布抗震加固技术是通过粘结剂将碳纤维布同被加固的构件粘结而进行的新型加固方法。
碳纤维布采用进口碳丝织成，具有优异的抗震性能高强抗拉耐腐蚀，重量轻，不改变结构形状、不增加结构自重。可广泛适用于各种结构类型、各种结构形状、各种结构部位。用于结构抗震加固尤为合适。
碳纤维布抗震加固具以下不容忽视的优越性：
（1）优异的力学性能，可有效地应用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展、增加结构的延性。
（2）优异的化学稳定性，使经过补强和维修的结构具有较强的抗酸、碱、盐、紫外线侵蚀和防水能力；具有足够的适应气温变化的能力。
（3）材料的轻质高强，可以不增加结构体积，所增加的结构自重几乎可以不计。这是传统方法做不到的。
（4）施工工序简单，可用小型电动工具操作，所需施工空间小。而且进度快、工期短，更能在持续交通有振动的情况下操作。从而大大缩短工程停工、停止运营或断路施工的时间，较大地降低经济损失和社会影响。
（5）由于材料柔软，易于随结构外形粘贴，补强后不改变结构外形，同时便于用所需色彩涂装，而不显露补强痕迹。