碳纤维与粘结剂的材料性能分析

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：采用碳纤维补强加固混凝土结构时，首先要用粘结剂将碳纤维片材（布）粘贴于构件表面，使碳纤维片（布）承受拉力并与混凝土构件/构筑物变形协调，共同受力。表2.2常用的碳纤维的特性续表碳纤维片材（布、板）的有关性能见表2.3～表2.5。表2.3典型的碳纤维布及板实用性能续表注引目www．cndaoqiao.com。表2.4国产的T700—12K碳纤维补强加固单向布性能表2.5日本东丽碳纤维布规格性能表续表① 引自www．carbon-fabric.com。

采用碳纤维补强加固混凝土结构时，首先要用粘结剂将碳纤维片材（布）粘贴于构件表面，使碳纤维片（布）承受拉力并与混凝土构件/构筑物变形协调，共同受力。这是加固作用机理的基础。

目前，用于混凝土结构补强加固的碳纤维种类较多。从其形式上讲，包括片材（含布及板）、棒材、型材和短纤维等。

（1）片材（含布和板）。一般通过环氧树脂类粘结剂粘贴于混凝土受拉区表面，是用于结构加固修复最多的一种材料形式。其中布状材料的使用量最大，但由于板状材料的强度利用效率较高，近几年来使用量增长很快。

（2）棒材。通常作为代替传统钢筋（主筋或箍筋）的材料，既可用于已建结构的补强加固，也可用于新建结构中。对棒材进行张拉后，可对混凝土结构进行体内或体外预应力增强式加固。

（3）型材。包括多种形状，但有应用实例的仅有格状材一种，且用量较少：主要是通过1～2cm厚的聚合物灰浆将其粘结在已有结构上，或只通过适当的锚固方法将其固定在结构上进行加固。

（4）短纤维。相对于上述三种长纤维形式，通过与混凝土共同搅拌形成碳纤维混凝土用于新建结构。

实际采用的碳纤维补强加固混凝土结构多为聚丙烯腈基碳纤维（含聚丙烯腈基石墨纤维）和沥青基碳纤维，其性能参数见表2.1和表2.2。

表2.1　用于补强加固混凝土结构的碳纤维性能参数

注引自www．nanbei66.cn。

表2.2　常用的碳纤维的特性

续表

碳纤维片材（布、板）的有关性能见表2.3～表2.5。

表2.3　典型的碳纤维布（含芳玻韧布）及板实用性能

续表

注引目www．cndaoqiao.com。

表2.4　国产（外丝加工）的T700—12K碳纤维补强加固单向布性能

表2.5　日本东丽碳纤维布规格性能表

续表

① 引自www．carbon-fabric.com。

混凝土结构加固修补树脂系统包括底层涂料（primer），通俗称其为“底胶”，用于渗透进水泥表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰（putty），又叫腻子，或“抓平胶”，用以填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用片材；浸渍树脂（Saturating Resin）即“面胶”用以浸渍片材在混凝土表面原位形成层板。作为标准湿法铺层树脂体系的一般要求如下：

（1）组合材料很容易混合。

（2）室温适用期大于30分钟。

（3）浸渍增强纤维片材用树脂具有低的工作粘度。

（4）可室温固化。

（5）固化到不剥落的时间在12～24小时。

（6）固化度70%的时间不多于48小时。

（7）完全固化的时间不多于7天。

（8）同混凝土的粘结强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。

（9）在固化过程中不挥发、不放出气体。

通常用于水工程混凝土结构粘结碳纤维补强加固的粘结剂是两类：一是室温固化树脂粘结剂；二是低温固化树脂粘结剂。