近年来,纤维类材料在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。随着材料技术的发展,现已开发出了多种高科技纤维材料,碳纤维布材料就是其中的一种,它是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟、用量最大的一种高科技材料。

碳纤维布材料有很多种类,其中PAN基碳纤维布材料具有优异的物理力学性能、良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性等特点,非常适用于土木工程领域,用于建筑结构补强加固的碳纤维布材料,其强度一般为建筑用钢材的十几倍,弹性模量与建筑钢材在同一水平上并略有提高,是一种优良的结构加固用材料,纤维材料的这些特点,为建筑结构的补强与加固提供了技术支持。加固混凝土结构所用的纤维材料在目前主要有三种:玻璃纤维(GFRI,)、碳纤维布(CFRP)和芳纶纤维(AFRP)。

与前面所述的加固方法相比,碳纤维布加固技术具有明显的技术优势,主要体现在:

(l)质量轻且厚度薄。粘贴后每平方米重量不到1.0kg(包括树脂重量),粘贴一层的厚度仅为1.Omm左右,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸,也就不会减小建筑物的使用空间;

(2)高强高效。由于碳纤维布材料优异的物理力学性能,在加固修补混凝土中可以充分利用其高强度、高弹性模量的特点来提高混凝土结构及构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加固的目的;

(3)便于施工。将碳纤维布材料用于加固混凝土结构,施工简便,工效高,劳动力需用量少,同时没有湿作业,在施工现场不需要大型施工机具;

(4)耐腐蚀能力及耐久性强,受环境影响不大。1997年,牛津大学教授Rahi而研究指出:即使将碳纤维布材料置于温度为40℃,相对湿度为95%以上的环境下一年以上的时间,碳纤维布的抗拉强度几乎不会受到什么影响。而同样的情况下,玻璃纤维的抗拉强度则会降30%~40%。1999年,剑桥大学两位教授Huchinson和Hollaway研究指出:将粘贴牢固的混凝土试件置于40℃的温度、95%以上的相对湿度环境下一年以上时间,碳纤维布与混凝土表面的粘结仍完好;

(5)适用面广。粘贴碳纤维布材料加固修补混凝土结构可广泛应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位,且不改变结构形状及不影响结构外观。同时,对于其他加固方法无法实施的结构和构件,诸如大型桥梁的桥墩、桥梁和桥板,以及隧道、大型筒体等,碳纤维布加固技术都能顺利地解决;

(6)施工质量易保证。由于碳纤维布材料是柔性的,即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到100%的有效粘贴率。