卡本碳布加固|碳布加固能否替代粘钢加固，答案原来是……

碳纤维布加固与粘钢加固,二者存在诸多相似之处,那么在实际的应用之中,能否互相替换呢?

01粘碳布与粘钢相似之处

从适用范围上看,碳布与粘钢同样可用于受弯构件、大偏心受压构件与受拉构件,例如在梁底粘贴碳布或者钢板,均可提高结构承载力,达到加固补强的目的。另外,从原理上来看,碳布与粘钢都是利用结构胶将碳布或钢板粘贴至混凝土基材上,使加固材料与基材形成整体,共同受力。

从施工流程看,碳布与粘钢也十分相似。两种方法都受结构胶影响较大,若结构胶质量不合格,加固材料会与基材剥离,产生安全隐患甚至造成事故。同时两种方法加固前均需要卸载,未进行卸载或卸载不彻底都会产生二次受力,造成加固材料受力滞后。除此之外包括表面处理、施工温度等都有高度的重合。

事实上,碳纤维布与钢板在结构加固中起到的作用,可以等同为增加钢筋混凝土结构中的配筋率。因此,在一定程度上,碳纤维布加固与粘钢加固可以相互替换。按照规范中要求的设计值,我们可以进行简单的对比,规范中针对重要构件,高强度I级碳布的强度设计值为1600MPa,Q235钢板的设计强度取215MPa,也就是说,在材料宽幅相同的情况下,可以大体认为厚度1mm碳纤维布与厚度8mm钢板加固效果相似。

02碳布的优势

如果将碳纤维布抗拉强度设计值取为2000MPa(该值为针对一般构件,高强度Ⅱ级碳布的强度设计值),钢材(Q235)抗拉强度设计值取为200MPa,可按照0.1mm厚碳纤维布则可相当于1mm厚钢板。

此外,碳纤维轻、薄,不需要大型施工机械,运输储存、施工简便,同样工程量,粘贴碳纤维施工工期约是粘钢的40%。碳纤维和钢材相比,属惰性材料,不锈蚀,也不易被有害介质腐蚀,在恶劣环境下耐久性好。

碳纤维还具有较好的柔韧性,能够包裹复杂外形的构件,并非很光滑的钢筋表面基本有效粘贴率也可以达到100%,粘贴钢板一般来说有效粘贴面能达到70%-80%左右。

03粘钢的优势

如果仅凭借上面的结果,就认为碳布加固效果远高于粘钢,那就大错特错了。强度等级不同的碳纤维布厚度也不相同,加固中采用的I级300g碳布也不过0.167mm。虽然碳纤维布加固中存在多层加固的情形,但最多不允许超过四层,且从第二层起加固效果就会发生折减,与5mm厚钢板的加固效果相比还是存在差距的。

碳纤维和钢材弹性模量基本一致,但碳纤维的抗拉强度是钢材的10倍左右,所以要充分发挥加固材料的强度,粘贴碳纤维需要加固构件产生更大的形变。也就是说,在小变形情况下,粘贴碳纤维加固应力滞后显著,所以当构件承载力相差较多时,应优先选用粘钢加固。

碳纤维和钢材弹性模量基本一致,达到同样的力值,钢材截面要大的多,所以粘钢加固提高构件刚度的幅度要超过碳纤维加固。也就是说,若补充同样的抗弯能力,粘钢加固的挠度变化小于碳纤维加固。

钢板上可以焊接锚筋,也可钻孔设植筋锚固,所以粘钢加固的锚固方式较粘碳纤维灵活。

上述对比情况是出于理想的角度,若想实际替换,则还需要进行详细的计算求证。碳布与粘钢的替换还有很多需要考虑的事宜,二者弹性模量相近,抗拉强度却相差较高,因此若要充分发挥碳纤维强度,就需要原有结构能够产生较大的变形。因此,当原结构卸载不明显或结构变形较小时,粘钢加固要明显优于碳纤维加固。

碳布与粘钢,适用环境也不完全相同。碳纤维布除了具有较高的强度之外,耐磨耐腐蚀也是其优点之一。从材料自身角度看,碳纤维布不会锈蚀,对于长期处于恶劣环境下的混凝土结构,将是更好的选择。另外,同规模的加固工程,粘钢施工的造价,可能会达到碳布加固的2-3倍,需要引起注意。

04总结

在加固工程之中,单采用一种加固工法就将问题完全解决,少之又少。换言之,任何加固工法都会有自己的使用局限,我们就需要掌握每种加固工法的优势,将每种加固工法的优势充分发挥出来。加固设计、方案的改动,要经由专业人士设计、审核与最终确定,切莫随意而为,忽视结构生命安全。