纤维布(Carbon)又称碳素纤维布,碳纤布,碳布,碳纤维织物,碳纤维带,碳纤维片材(预浸布)等。 一、 按碳纤维原丝不同主要可以分为:
1,PAN基碳纤维布(市场上90%以上为该种碳纤维布);
2,黏胶基碳纤维布;
3,沥青基碳纤维布。
二 、按碳纤维规格不同主要可以分为:
1,1K碳纤维布;
2,3K碳纤维布,
3,6K碳纤维布;
4,12K碳纤维布;
5,24K及以上大丝束碳纤维布
三、 按碳纤维炭化不同主要可以分为:
1,石墨化碳纤维布,可以耐2000--3000度高温;
2,碳纤维布,可以耐1000度左右高温,3,预氧化碳纤维布,可以耐200--300度高温。
四 、按织造方式的不同主要可以分为：
1、机织碳纤维布,主要有:平纹布,斜纹布,缎纹布,单向布等。
2、针织碳纤维布,主要有:经编布,纬编布,圆机布(套管),横机布(罗纹布)等。
3、编织碳纤维布,主要有:套管,盘根,编织带,二维布,三维布,立体编织布等。
4、碳纤维预浸布,主要有:干法预浸布;湿法预浸布;单向预浸布;预浸带;无托 布;有托布等。 5、碳纤维无纺布,非织造布,即碳纤维毡,碳毡,包括短切毡,连续毡,表面毡,针 刺毡,缝合毡等。 利用精炼油中的单体，在高温下把高强度聚丙烯腈纤维予以碳化后所生成的高纯度碳结晶纤维就是碳纤维，由于组成碳纤维的碳原子结晶体特性，它具有非常高的强度。但是，碳纤维通常不被单纯使用，它与环氧树脂等材料形成碳纤维复合材。
5、 碳纤维布使用方法：
6、1、航空航天国防领域的碳纤维布一般是特制的军用牌号的1K，3K碳纤维布，平纹布为主，其特点是编制精细，强度高，一般和特制树脂配合使用；
2、体育娱乐器材领域如钓具，鱼杆，高尔夫球杆，一般是把碳纤维布做成各种各样的预浸布，非织造布为主，然后使用；
3、工业领域的碳纤维布用于如箱包、制鞋、汽车配件、摩托车配件，也是把碳纤维布做成各种预浸布，以编织布配合环氧树脂为主。其中土木建筑加固用的单向碳纤维布和配套环氧树脂使用。其用途之一：土木建筑,桥梁、隧道、混凝土结构抗震、加固、补强材料:碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套胶粘剂共同使用，可构成完整的性能卓越的碳纤维布材增强体系。该体系适用于梁、 柱、板、隧道、圆形、弧等。2008.5.12地震之后,碳纤维布在土木建筑,桥梁、隧道、混凝土结构抗震、修复、加固、补强方面的应用得到大力,发展迅速,国产碳纤维布已经完全可以替代进口高价的碳纤维布。
1 CFRP材料的热工性能和高温下的力学性能
1．1 Q 材料的热工性能CFRP材料的热工性能参数主要包括导热系
数、比热、容重和热膨胀系数等。导热系数是决定CFRP材料以及其加固结构高温下性能的主要参数，取决于组成CFRP复合材料各成分的热传导率。其中，主要影响因素有胶粘剂基体类型(主要有环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂等类型)和纤维与基体的体积比率等 ]。文献 研究表明，FRP复合材料主要受树脂基体传热速率的影响，不同类型的基体，FRP材料导热系数不同，并且树脂含量越高，导热系数越小。由于FRP材料是用抗拉强度极高的纤维丝拉拔成型，并通过予张编制方法成型，形成单向排列以树脂为基体的纤维复合材料。相关研究表明，各种FRP材料沿纵向(纤维方向)的导热系数远大于沿横向(树脂方向)的导热系数。除此之外，由于碳纤维本身的高导热率，CFRP复合材料的纵向导热系数比GFRP和AFRP大的多 。各种常见的FRP复合材料常温下导热
1．2 高温下CFRP材料的力学性能
(1)高温下碳纤维的力学性能
碳纤维丝在绝氧情况下具有极佳的耐热性(可耐2000cc高温)，它的升华温度高达3650cc左右。但在有氧情况下。当温度高于400cc时即发生明显氧化。当其暴露在600cc的空气中lOmin后，纤维大部分被氧化，强度下降¨。。。
(2)高温下胶粘剂的力学性能高温下结构胶粘剂达到其玻璃化温度 时，胶粘剂软化，其粘结强度显著下降。E．L．Klamer 以及吴波_1 分别通过面内剪切试验研究了结构胶在一10—120oC之间其极限粘结强度随温度的变化规律。
(3)高温下CFRP材料的力学性能加拿大Queen’s University的Bisbyl9 在其博士论文中整理各种FRP材料的高温下抗拉性能和弹性模量随温度的变化规律，并通过最小二乘回归分析，得到了一个s型函数拟合各种FRP材料的高温性能，离散性较大。其中CFRP高温下的抗拉强度和弹性模量随温度变化曲线分别如图6和图7所示，比值为高温下试验值与常温下试验值之比。
2 CFRP加固构件火灾试验研究与存在的问题
最早进行CFRP加固构件的火灾试验是由瑞士Deuring教授l5 于1994年完成的，在IS0834标准升温条件下进行6根CFRP加固混凝土梁的对比试验，1根未加固，1根粘钢加固，1根采用普通胶粘贴的CFRP板加固梁(无防火保护)、2根采用普通胶粘贴的CFRP板加固梁(有防火板保护)、1根采用耐热粘贴剂粘贴的CFRP板加固梁。试验结果表明，粘钢加固梁受火后7～9min粘结失效；无防火保护的CFRP加固混凝土梁在81min后失效，而采用40mm厚防火板进行防火保护的CFRP加固混凝土梁，混凝土和碳纤维粘结处在很长时间内处于低温状态，CFRP材料大约在lh左右达到玻璃化温度。其耐火极限能够达到146min，是未经过防火保护的1．8倍。随后，Ghent University的Blontrock等人 进行了一系列加固梁的耐火试验。试件矩形梁采取了相应的防火保护措施，每根梁的保护厚度、位置(在底部或侧面)、防火板锚固方式(粘贴或机械锚固)、长度(通长或仅仅在锚固区)各不相同。试验研究表明，一根采用粘贴硅酸钙板保护梁在受火7min后，其粘结失效，而采用机械锚固的梁在受火45min后粘结失效。研究还表明，u型(梁底和两侧)防火保护为CFRP加固梁提供更好的耐火性能，降低了CFRP材料和钢筋火灾下的温度，从而降低了构件的整体挠度。Blontrock等人 还进行了CFRP加固混凝土板的火灾试验，采取矿毛绝缘纤维(rockwoo1)和粘贴石膏板进行防火保护，试验后55min左右CFRP和混凝土的粘结丧失(此时胶粘剂温度为47～63℃)。
3CFRP加固混凝土结构火灾研究有
待进一步开展的工作尽管我们在CFRP加固构件火灾试验和耐火极限分析方面开展了一些研究，但对掌握和全面了解CFRP加固混凝土火灾反应特性并基于此确定其防火设计方法，仍有许多工作有待于完善和进一步的开展，
主要体现在以下方面：
(1)CFRP材料的性能研究
目前关于CFRP材料热工性能和高温下力学性能的研究很少，且部分研究成果离散性较大，对高温下材料的性能仍然有待于进一步研究。同时应加强高温下CFRP材料与混凝土界面粘结性能和破坏机理的研究，确定高温下CFRP材料与混凝土间的界面模型，以便进行更为精确的非线性有限元分析。
(2)影响参数的深入分析
完善另一些影响基于加固构件耐火极限的参数分析，如混凝土强度、梁的截面形式、尺寸和跨度等对耐火极限的影响分析。在此基础上推导出加固构件耐火极限的简化计算公式，便于工程应用。
(3)CFRP加固混凝土结构体系在火灾下的性能研究
目前，对CFRP加固混凝土结构火灾下的性能研究主要集中在基本构件方面，而对由CFRP组成的梁或柱等形式的框架结构火灾下的性能研究国内外尚未见到报道。在火灾情况下，由于组成框架的梁柱间相互约束，将使框架产生内力重分布，从而可能危机结构的安全。因此，应开展这方面的研究，并提供合理的CFRP加固混凝土结构的耐火设计方法。
(4)CFRP加固混凝土结构在火灾后的性能研究和加固决策研究即便有防火保护，火灾发生后CFRP材料不会燃烧，但是CFRP同混凝土之间产生不可逆转的滑移。文献[1]试验证明，在试验后期CFRP材料同混凝土之间滑移很大，局部同混凝土完全失去粘结。因此火灾后CFRP加固混凝土构件的剩余承载力研究显得尤为重要，且在此基础上的加固决策研究也非常有意义。是否可以在灾后铲除原先加固的CFRP材料，重新粘贴CFRP材料，以达到修复补强的目的等，这些都是CFRP加固混凝土结构耐火研究重要课题。
碳纤维布施工工艺方法和要求
一、应根据施工现场和被加固构件混凝土实际状况，拟定施工方案和施工计划。对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前准备工作。
（一）表面处理：
1、 应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，并用修复材料将表面修复平整。
2、 应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
3、 被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20㎜。
4、 混凝土表面应清理干净并保持干燥。
（二）涂刷底层树脂：
1、 按产品供应商提供的材料配比进行配制；甲、乙两组胶按配比装入容器桶内，采用电锤及扩大头钻头，转速在600转/分，搅拌时间约8分钟；使胶无色差。搅拌均匀后方可使用。
2、 应用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。应在树脂表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。
（三）找平处理：
1、 应按产品供应商提供的工艺规定配制找平材料。
2、 应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角。
3、 转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应不小于20㎜。
4、 应在找平材料表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。
（四）粘贴碳纤维片材：
1、粘贴碳纤维布应符合下列要求：
（1） 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；
（2） 应按产品供应商提供的工艺规定配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位；
（3） 用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不得操作碳纤维布；
（4） 多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂指触干燥后立即进行下一层的粘贴；
（5） 在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
2、应按下列步骤粘贴碳纤维板：
（1） 应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板，按产品供应商提供的工艺规定配制粘结树脂；
（2） 将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维板两面均应擦拭干净；
（3） 擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈突起状，平均厚度不小于2㎜；
（4） 将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时，两板之间空隙应不小于5㎜；
（5） 需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再开始粘贴前应对底层碳纤维板重新做好清洁工作。
（五）表面防护：
当需要做表面防护时，并保证防护材料与碳纤维布片材之间有可靠的粘结，一般采用喷、粘砂。
（六）施工安全及注意事项：
1、 碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源，或采取可靠的防护措施。
2、 施工过程中应避免碳纤维片材的弯折。
3、 碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
4、 树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。
5、 现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
（七）检验与验收：
1、 在开始施工之前，应确认碳纤维片材扩配套树脂类粘结材料的产品合格证、产品质量出厂检验报告，各项性能指标应符合以下规定的要求。
（1）材料种类及一般要求：
①本条指出粘贴碳纤维片材加固方法所采用的材料种类，特别指出粘结材料应为与碳纤维片材相配套的产品；原则上应有试验资料证明粘结材料与配套碳纤维片材的粘结效果，这是为了避免因粘结材料与碳纤维片材不配套而造成加固效果降低或加固失效。
②本条为加固修复用材料的一般要求，碳纤维片材和配套粘结材料各自产品的性能必须符合本条的规定才能作为混凝土结构加固修复用材料。使用不符合本条规定的产品进行结构加固修复会导致加固失效甚至造成严重事故。
③由于目前在加固工程中大量使用的是单向碳纤维片材，故本规程列出了对单向碳纤维片材的性能指标要求，因为对各种加固修复用碳纤维片材的基本性能要求是一致的，对于双向或多向碳纤维片材的性能指标要求并未列出，可以参照单向碳纤维片材的指标执行，本规程中不再一一列举。
（2）碳纤维片材：
①本规程仅针对碳纤维布和碳纤维板两种制品形式，统称为碳纤维片材。
②碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点。目前在混凝土结构加固中，一般情况下使用高强度型碳纤维片材，其抗拉强度是普通钢筋的10倍左右，弹性模量略高于普通钢筋的弹性模量。另外，碳纤维没有类似钢筋的屈服点，在达到极限抗拉强度之前应力应变关系为线弹性，其应力应变关系见下图。本规程的规定均以高强度型碳纤维片材为对象，当使用其它类型的碳纤维片材时，应有可靠依据。
③试验研究和工程经验证明，单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量越大，施工时浸渍树脂越不容易完全浸透，施工质量越难以保证。本规程所说碳纤维质量是指碳纤维的净质量，不包括固定碳纤维所用的纬线和预浸所用的树脂质量在内。
④碳纤维板过厚或过宽，施工质量均较难以保证，所以在设计和施工时，都应尽量使用宽度较小的碳纤维板。材料研究表明碳纤维板中碳纤维体积含量在60%～70%时性能最好，故本规程建议碳纤维板中纤维体积含量不宜低于60%。
③配套树脂类粘结材料应按附录A进行粘结性能实验，要求正拉粘结强度不小于2.5MPa，且不小于被加固混凝土抗拉强度标准值ftk。配套树脂类粘结材料应参照GB/T 14522-93《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》规定的环境条件进行耐久性检验，经2000h的加速老化后，按附录A进行正拉粘结强度试验，要求粘结强度不明显降低。
2、 采用碳纤维片材及配套树脂类粘结材料对混凝土结构进行加固修复时，应严格按本规程第5章有关条款进行各工序隐蔽工程检验与验收。如施工质量不能满足本规程第5章有关条款要求时，应立即采取补救措施或返工。
3、 碳纤维片材实际粘贴面积应不少于设计量，位置偏差应不大于10㎜。
4、 碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法来检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积小于10000mm2时，可采用针管注胶的方式进行补救。空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓处的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等量的碳纤维片材，搭接长度应不小于100 mm。
5、 必要时应按附录B方法对施工质量进行现场检验。
6、 必要时可对碳纤维片材和配套树脂类粘结材料进行现场取样 检验。
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