高强度碳纤维板加固
2018-6-15 11:58:09 点击：
碳纤维板具有高的抗拉强度，国标GB 50728-2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》中对I级碳纤维板的抗拉强度要求是2400 MPa，目前国内外很多文献资料报道的碳纤维板的抗拉强度最高值能达到2800 MPa，而国内能达到这一水平的企业甚少，更不用提3000 MPa或以上的水平了，碳纤维板的力学性能主要由纤维增强体体积含量和树脂与纤维增强体的复合性能这两项指标所决定。现有国产的12K碳纤维原丝抗拉强度能达到5000 MPa以上，而碳纤维板中原丝的体积分数在65%以上，如此高的体积分数，为何碳纤维板的抗拉强度难以超过2800 MPa呢？那就要从复合材料的界面说起，这里指的界面就是碳纤维原丝与树脂之间形成的界面，提高二者之间的界面复配就能将碳纤维原丝所受的载荷有效地传递到树脂中。基于此，研发人员在近3年的努力之下，终于发明一种可以有效提高二者界面复配的环氧树脂，成功将I级碳纤维板的抗拉强度提高到3200 MPa以上的水平，远超国内外同行，这一数据就连国内外很多中英文文献都鲜有报道。
那么对建筑物的加固，如何才能发挥这种高强度的碳纤维板的用武之地呢？我们知道，钢筋屈服时伸长率约0.18%，相比于碳纤维板破坏时的伸长率1.7%，即便在不考虑钢筋初始变形的条件下（结构完全卸载的理想加固状态）钢筋屈服时碳纤维板所能发挥的强度也不到11%，因此，普通的碳板粘贴加固并没有发挥碳纤维板高强度的优势。预应力碳板加固弥补了这一缺陷。锚具，承载着将碳板上的预应力传递到整个加固系统的使命，是整个预应力碳板系统的核心部件。对碳纤维板有效的锚固才能发挥其高强度的特点。锚具的种类很多，如：平板锚具、楔形锚具、波形齿锚具、sika锚具等等。无论采用哪种锚具，是否都能满足GB/T 14370-2015《预应力筋用锚具、夹具和连接器锚具》的锚具效率系数不低于0.95的要求呢？答案是否定的。现有文献资料[1,2]中报道的锚具在将碳纤维板张拉破坏时，仅发挥了碳纤维板极限应力的50%-80%，即锚具效率系数远低于0.95。
那么如何提高锚具的效率系数呢？那就要从常见的锚具失效形式说起了，常见的锚具失效形式有：
1.碳纤维板脱锚（即碳纤维板从锚具中脱离，造成预应力全部损失）；
2.碳纤维板滑脱（即碳纤维板与锚具中间的环氧胶层脱离，由于外部剪切应力大于胶层的剪切强度）
3.碳纤维板劈裂（在施加预应力过程中由于应力集中，造成碳纤维板提前劈裂破坏）
4.锚具裂开（在施加预应力过程中锚具因强度低而裂开）
5.锚具因疲劳失效（在循环应力测试过程中失效）
因此，只有解决了这5项常见的锚具失效形式，锚具的锚固效率系数才有望提高至0.95以上。通过自主研发，开发了一套锚固性能高，安全稳定，高耐疲劳性的锚具体系，解决了碳纤维板施工过程中非正常破坏或失效问题。
预应力碳板的优势体现如下：
1. 锚具组装后的碳板张拉破坏强度超过2600 MPa，锚具效率系数大于1.0，碳板破坏时整体受力，呈现爆炸式破坏，锚具耐疲劳性能强，通过200万次耐疲劳性能测试。
2. 碳纤维板拉伸强度3200 Mpa以上，伸长率达1.8%，远超国标GB 50728-2011对I级碳板强度要求。
3. 碳纤维板强度利用率高，最高张拉应力可达0.70σb。
4. 自主开发了一套预应力碳纤维板的现场张拉工艺，施工快捷方便，锚具与碳板组装件工厂化制作，操作简单，节省人力，普及性强，安全系数高。
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