单向碳纤维在混凝土受弯构件加固修复中的应用

       随着复合材料研究的深入，单向碳纤维复合材料作为钢铁、木材、混凝土等传统建筑材料的替代或辅助材料，将越来越多地应用于土木工程领域。与传统材料相比，这种复合材料的主要优点是：重量轻，尺寸合适，热稳定性好，耐腐蚀性能好，比强度高，抗疲劳性能好。通过改变元件材料和布局设计，可以使其具有反雷达反射、电磁特性和声阻尼等非结构特性。目前，这种复合材料主要用作桥梁、建筑结构和海洋工程等结构材料，作为主要的受力构件和结构材料。土木工程中的一些结构构件也可以进行加固或修理，以提高构件的性能。

　　采用单向碳纤维树脂复合材料对混凝土构件和结构进行修补、加固、修复和包裹具有十分重要的现实意义。有关统计显示，美国现有的572,729座公路桥梁中，有近40%被认为存在结构和功能缺陷，维修工作十分繁重。房屋用钢板修补方法存在质量高、刚性高、与构件粘结不完全、耐蚀性差、加固效果好等缺点，其使用受到限制。采用单向碳纤维树脂复合材料加固和修复混凝土构件，避免了钢板修补加固方法的缺陷，将产生更大的经济效益和社会效益。

　　结果表明

　　(1)随着单向碳纤维布层数的增加，更大破断载荷逐渐增大，表现出非常明显的加固效果。与无单向碳纤维布的基体混凝土试件相比，一层单向碳纤维布的断裂荷载提高了103%。当加粘贴2层单向碳纤维布时，断裂载荷增加了201%；当3层单向碳纤维布附加时，断裂载荷增加了257%。

　　(2)在混凝土表面粘贴单向碳纤维布可使断裂极限位移提高300%以上。试件断裂时的极限位移对应于试样的铣削度，极限位移的增加反映了试样柔度的增加，即材料可靠性的提高。因此，在混凝土表面粘贴单向碳纤维布可以显著增强混凝土的强度。从经济和实际的角度来看，如果没有特殊要求的话，更好是粘贴两层单向碳纤维布，因为粘贴两层单向碳纤维布可以使混凝土强度提高2倍以上，这大大提高了混凝土的强度。混凝土的破坏性。而粘贴更多的单向碳纤维布将进一步提高混凝土的强度，但增加的幅度会减少，无疑会增加成本。

　　从图中可以看出：

　　(1)断裂前，混凝土试件(未修复)的极限位移小于1mm，允许变形很小，能够承受的更大荷载约为同一完整混凝土试件更大荷载(110 KN)的40%左右。%。试件采用环氧腻子修补，粘贴2层单向碳纤维布，断裂位移提高35倍左右，更大荷载增加9倍，表明单向碳纤维布对缺陷混凝土具有很好的修补效果。

　　(2)用单向碳纤维布加固混凝土试件，无论混凝土是否存在预制缺陷，其破坏荷载均保持在相同的数量级，说明用单向碳纤维布加固或修补混凝土取得了良好的效果。

     单向碳纤维复合材料增强混凝土试件在弯曲破坏过程中的断裂过程

　　从混凝土构件的破坏过程可以看出，单向碳纤维布/环氧树脂复合材料与混凝土之间的界面粘结状态是影响单向碳纤维布复合材料加固效果的重要因素。选择高剪切强度的环氧树脂，并对界面进行适当的处理。