李志才

摘要：文章對復合材料的發(fā)展過程及優(yōu)勢進行分析，發(fā)現(xiàn)在建筑加固工程中使用復合材料會有良好的應用效果。然后再通過實驗研究的方式，分析玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料和碳纖維/玻璃纖維復合材料在建筑加固工程中的應用效果。實驗結果表明：碳纖維/玻璃纖維復合材料加固的效果更好;與碳纖維復合材料相比，材料使用成本更低。

關鍵詞：復合材料;加固;玻璃纖維;碳纖維;應用

中圖分類號：TQ342+.74

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0074-04

復合材料就是將不同的材料進行組成，并對其進行處理，形成一種兼具多種材料優(yōu)點的新型材料"。由于我國需要加固的建筑工程較多，將復合材料應用其中將會具有重要的意義。當今使用最多的復合材料就是纖維復合材料，因為這種材料優(yōu)勢較多。文章將會對玻璃纖維、碳纖維和兩者的結合應用于建筑加工工程中進行研究。

1復合材料的發(fā)展過程

隨著科技的持續(xù)不斷地發(fā)展，并且要滿足社會的需求，在建筑工程領域中各種新型材料隨之產(chǎn)生。復合材料作為當今社會。上使用廣泛的新型材料，在建工工程領域中，發(fā)揮著重要的作用。在加固工程中復合材料中主要有3種材料，分別為碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維[2]。纖維復合材料主要由樹脂和纖維組成，通過對其進行按照一定比例混合加工之后，就會形成具有不同功能的獨特結構材料[3]。由于復合材料具有的獨特優(yōu)勢，在建筑工程中的地位越來越高，應用于建筑工程中必然會發(fā)揮很好的加固作用。

在1950～1960年之間，復合材料就已將在民用建筑中得以使用;在1961年，英國將碳纖維復合材料應用到其教堂的尖頂建設，此時應用復合材料的技術在不斷增加，其應用范圍也開始擴張。到1970年時，就可以將復合材料應用到人工天橋中。中國對復合材料的應用比國外晚幾年，是在20世紀50年代末期，中國開始對玻璃纖維復合材料進行應用，隨著材料和技術上的不斷成熟，玻璃纖維復合材料開始取代鋼筋的使用，由此可見玻璃纖維復合材料的應用效果比鋼筋好。人們逐漸重視復合材料在建筑工程中的作用，為了讓復合材料更進一步的發(fā)展，中國在70、80年代就開始大力研究復合材料。在1982年，我國北京將碳纖維復合材料應用于公路建設中，對公路的承載能力有了進一步的提高"。復合材料的主要作用就是起到加固作用，但是隨著不斷的發(fā)展，復合材料可以在地震環(huán)境中對建筑工程進行加強，從而可以提高對地震的抵抗作用”。復合材料逐漸成為應用范圍廣闊的材料。21世紀初期，復合材料就成為了我國重要的建筑材料，能夠保障工程的質量和安全。

2復合材料的優(yōu)勢

建筑工程中所使用的復合材料，尤其是復合材料，主要有纖維和樹脂組成，其中纖維的作用就是可以增加復合材料的強度"。將復合材料應用到結構中，可以提高其抗拉強度，并且與鋼筋對比，提高的幅度是非常的明顯。圖1為復合材料與其他材料的抗拉強度對比，從圖中可以看出，復合材料普遍比其他材料的抗拉強度大，并且在復合材料中，碳纖維復合材料的抗拉強度大于芳綸纖維復合材料大于玻璃纖維符合材料。另外，復合材料還具有其他的很多的優(yōu)勢，比如具有很好的抗腐蝕性，能夠抵抗酸堿等物質的腐蝕;質量輕，不會給建筑結構增添負擔;施工工序簡單、工期短，可以節(jié)約成本;還具有耐疲勞性、耐久性等等。這些優(yōu)勢讓復合材料逐漸取代了鋼筋的使用，其應用更加的廣泛。

3復合材料在建筑加固工程中的方法

3.1內(nèi)嵌入式加固方法

將復合材料應用于建筑結構中有著不用的加固方法，有人提出了內(nèi)嵌入式的加固方法。顧名思義，就是將復合材料嵌入到建筑結構的里面，首先將建筑結構的表面開淺溝，然后將復合材料放入其中，是其與建筑結構成為一個整體，復合材料具有很好的力學性能，能夠與建筑結構共同承擔外力，從而可以提高建筑結構的剪切能力或者是彎曲能力，就可以起到加固的作用。圖2就是使用內(nèi)嵌人式進行加固的施工方法。

使用內(nèi)嵌入式的加固方法的主要優(yōu)勢如下所示：將復合材料放入加固構件中，當構件受到外在力量的撞擊時，就不會直接的撞擊在復合材料上，可以減少復合材料的破壞作用。并且將復合材料嵌人到結構中，使兩者成為一個整體，就可以更好的起到加固的作用。由于是內(nèi)嵌式加固，就會增加復合材料的利用面積，就會造成浪費現(xiàn)象。使用內(nèi)嵌式方法時，其施工比較簡單，不需要很多的人力和物力，而且施工面積也很小，可以節(jié)約建筑加固的施工成本。

使用內(nèi)嵌式加固方法也需要按照一定的施工工藝進行，當施工工藝存在問題時就會降低復合材料加固的效果。其施工步驟如下所示：

1）在結構上進行開槽，開槽的尺寸是根據(jù)建筑構件的加固設計要求進行的。開槽尺寸不能隨意設計，需要通過一系列的計算得出。

2）開槽完成之后，槽內(nèi)會存在灰塵等雜質，需要將其全部清理干凈，以防影響復合材料的粘接效果。

3）然后再向槽中加人膠粘劑，加人膠粘劑的厚度為槽高的一半時需要停止加人。

4）停止加入膠粘劑之后，就將復合材料放入槽中，然后對其進行輕輕施壓，將繼續(xù)向槽中加入膠粘劑，直至加滿為止。

5）在就是等待膠粘劑固化，固化完成后對建筑結構表面進行處理。

3.2外貼式加固方法

外貼式加固方法就是利用膠粘劑將將復合材料粘貼在建筑結構的外表面。圖3就是利用該方法的示意圖。使用外貼式加固的方法其最主要的優(yōu)勢就是非常方便，能夠快速的完成施工。并且因為復合材料具有不錯的防腐蝕性能，所以將其粘接在建筑結構的外面有利于對結構的保護、防止其發(fā)生腐蝕。所以不需要對結構進行定期的維護，就可以節(jié)約因為維護所花的費用。

使用外貼式加固的施工過程比較簡單，主要包含著5個施工過程，①對加固構件基地進行處理，即將其表面的雜質清理干凈，②涂抹底膠，③將加固結構表面找平，有助于將復合材料平整的粘接在結構表面，④粘接復合材料，為了對復合材料起到保護的作用，⑤在其表面抹灰或者是噴防火涂料。

4復合材料在建筑加固工程中的應用

建筑加固工程中主要使用復合材料包含著3種，即碳纖維、芳綸纖維和玻璃纖維。如今使用最多的就是碳纖維，因為其性能更加的占優(yōu)勢。將復合材料應用于建筑加固工程中究競哪種復合材料的性能更好，需要進行實驗研究。本文將分析碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料和碳纖維/玻璃復合材料這3種材料在建筑加固工程的中的應用效果。

4.1實驗部分

4.1.1實驗材料和設備

實驗所需的主要材料：14根短柱，短柱為預留5年的素混您圖，其尺寸為15cmX15cmX45cm;碳纖維復合材料;玻璃纖維復合材料;環(huán)氧樹脂膠粘劑等。表1為碳纖維復合材料和玻璃纖維復合材料的各項參數(shù)。

實驗所需的主要設備：助機。

4.1.2實驗試樣及分組

將14根短柱分成4組，如表2所示。第1組為素混凝土短柱，包含3根，用符合P表示;第2組為玻璃纖維復合材料的短柱，包含3根，用符合GF表示;第3組為碳纖維復合材料的短柱，包含4根，用符合CF表示;第4組為碳纖維/玻璃纖維復合材料的短柱，包含4根，用符合CF/GF表示。

4.1.3試樣的加固

本文對建筑結構進行加固的方式采用的是外貼式加固方法。對于GF組使用的是玻璃纖維布，其寬度為10cm，將其采用環(huán)繞的方式粘接在短柱上，搭接寬度為2cm。CF組的試樣使用的是碳纖維條，每隔lcm粘接在短柱上。CF/GF組的試樣其加固程序是首先在短柱上粘接碳纖維條，每隔2cm粘接一圈，然后再在其表面粘接玻璃纖維復合材料，采用的是環(huán)繞方式。

4.2實驗結果與分析

4.2.1不同復合材料加固短柱的破壞形態(tài)分析

采用壓力機對每種試樣進行加載處理，當試樣發(fā)生破壞時，其破壞形態(tài)如圖4所示。在整個實驗過程中，需要對每種試樣發(fā)生的變化進行記載，包含其斷裂情況和極限荷載等，其結果如下所示：

1）P試樣。當荷載加大到其極限荷載的80%時，就會聽到短柱發(fā)生斷裂的聲音，可以看出在短柱的中間出現(xiàn)了微小的縱向裂縫，當繼續(xù)增加荷載時，短柱的邊上也迅速的出現(xiàn)裂縫，然后短柱被壓壞。

2）GF試樣。當荷載加大到其極限荷載的75%時，就會聽到短柱發(fā)生斷裂的聲音，從而可以分析出在短柱的內(nèi)部出現(xiàn)縱向斷裂。然后繼續(xù)加荷載，當達到其極限荷載時，短柱的表面就會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，隨即玻璃纖維復合材料出現(xiàn)拉斷，然后短柱被壓壞。

3）CF試樣。當荷載加大到其極限荷載的90%時，沒有聽見也沒有看到短柱有出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，于是對其繼續(xù)加載，加載到其極限荷載，發(fā)現(xiàn)短柱的中間部分，碳纖維復合材料被拉斷了，與此同時短柱被壓壞。

4）CF/GF試樣。當荷載加大到其極限荷載的95%時，就聽到了短柱發(fā)生斷裂的聲音，但是觀察其表面的玻璃纖維復合材料沒有出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

從而可以結合圖4得出，與P試樣相比，使用復合材料加固混凝土的短柱其出現(xiàn)的裂縫更加的細密，且在一個面上，CF/GF試樣表面的裂縫多于CF試樣多于CF試樣多于P試樣。并且每個試樣的承載力如表2所示。不同試樣的實測荷載一應變曲線如圖5所示。

4.2.2加固機理分析

通過對圖5和表2的分析，可以發(fā)現(xiàn)，與素混凝土柱相比，其他的3種混凝土柱的塑性和極限承載力都有所提高。從表和圖中可以看出，使用玻璃纖維復合材料對柱加固后，其極限承載力雖然有所提高，但是并不明顯，而其塑性的增加是非常的明顯。使用碳纖維復合材料對柱的加固后，其增加趨勢正好與玻璃纖維復合材料加固柱的效果相反，即其極限承載力提高非常的明顯，而塑性提高并不明顯。使用碳纖維/玻璃纖維復合材料對柱進行加固后，綜合了其兩種材料的不足之處，即非常明顯.的提高了塑性和承載力。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因如下所示。

從表1中可知，玻璃纖維復合材料的彈性模量比較很小，雖然該材料是以環(huán)繞的方式粘接在柱子上，但是其側向約束力很小，小得幾乎可以忽略，所以柱子在受壓前期，可以認為是單軸受壓，當柱子出現(xiàn)裂縫之后玻璃纖維的應力就會提高，由于裂縫較寬，三向應力狀態(tài)就不會生產(chǎn)，再加上柱子的承載力下降，所以其使用玻璃纖維復合材料進行加固的柱子，其承載力增加并不明錄。由于玻璃纖維復合材料會約束柱子發(fā)生裂縫，就會展現(xiàn)一定的塑性，所以其塑性增加較為明顯。

從表1中可知，碳纖維復合材料的彈性模量很大，甚至大于普通的鋼筋，再加上碳纖維更加的柔，使用膠粘劑進行粘接時會更加的平整服帖，粘接效果會更好，就會形成三向應力，即明顯的提高柱子承載力。另外，碳纖維復合材料的延展性小，所以提高其塑性就會顯得不明顯。

碳纖維/玻璃纖維復合材料對建筑結構柱子加固可以兼顧兩者的優(yōu)勢。在剛開始加載時，因為碳纖維復合材料能夠對柱子起到約束作用，形成三軸受壓狀態(tài)，其橫向平均應變約是CF試樣的兩倍。應力大幅度提高的原因在于玻璃纖維的高延伸率能夠承擔碳纖維的低延伸率，即將兩種復合材料進行結合，其延伸率變高了，應力也會大幅度提高。而且有表1可知碳纖維復合材料的價格相當貴，玻璃纖維復合材料的價格比較便宜。與使用碳纖維復合材料加固構件相比，用碳纖維/玻璃纖維復合材料加固能夠節(jié)約一般的碳纖維使用，總的加固價格為碳纖維復合材料加固的77.3%，并且極限應變和承載力都比碳纖維加固高，所以可知，使用碳纖維/玻璃纖維復合材料應用于建筑加固工程中加固效果更好，且能夠節(jié)約加固所需成本。

5結語

綜上所述，在建筑加固工程中使用復合材料能夠達到更好的應用效果。其中使用碳纖維/玻璃纖維復合材料加固的塑性和承載力大于其他兩種復合材料;且碳纖維/玻璃纖維復合材料的成本更加低廉。所以在建筑加固工程中使用碳纖維/玻璃纖維復合材料將會有更好的效果，并且物美價廉。如今復合材料作為加固工程的主要材料，并且發(fā)揮著重要的作用，隨著科技的發(fā)展，將會對復合材料不斷的進行創(chuàng)新，今后建筑加固工程質量將會更好。

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