复合材料加固混凝土结构耐久性研究

复合材料加固混凝土结构耐久性研究

李聪闪

李聪闪

摘要：建筑物中主要以混凝土结构为主，因其造价低、施工便捷、适应性广等特点而被广泛应用。但随着时间的变化，混凝土结构会因自身及外界损坏等原因降低自身的作用力，造成安全隐患。因此，近年来人们开始关注混凝土结构的耐久性，其加固材料种类繁多，其中复合材料以其自身膨胀系数接近混凝土膨胀系数、施工便捷、造价低等特点在建筑行业混凝土结构加固中应用广泛。近年来相对于复合材料加固混凝土构件耐久性的研究来说，对加固之后的混凝土结构承载力研究较多，所以就导致对加固后混凝土结构的耐久性了解不够。同时，由于复合材料加固的混凝土结构长时间受到阳光照射，将会遭受紫外线的辐射，致使复合材料及其他的材料产生老化问题。而在目前的加固设计中，对于外界条件造成的材料老化及降低结构的承载力等问题考虑较少，不能保证加固结构的安全性。复合材料加固的方法在耐久性方面存在缺陷，结构的承载力因为耐久性达不到要求而降低会，从而使得加固的结构达不到混凝土结构的加固设计标准。

关键词：复合材料加固；混凝土结构；耐久性

1复合材料加固混凝土结构耐久性问题

1.1腐蚀介质

处于对复合材料的加固混凝土工程的质量考虑，结合工程所处的环境因素，还有复合材料本身的特征，在进行工程施工中，要对环境中下的力学性能，还有物理性能，进行考虑，其主要的结构腐蚀大体分类有几下几种。

图1结构腐蚀分类

1.2耐久性

目前阶段，对于加固混凝土结构来说，主要纤维有复合纤维还有碳纤维还有玻璃纤维。玻璃纤维具有一定的电绝缘性，而耐化学腐蚀性则是玻璃纤维的主要特性，玻璃纤维还具有一定高强度等特性。这些主要的加固混凝土的纤维，能够在表面形成一种保护膜，但是依然容易在HF还有热酸液中溶解，因此，仍然存在一定的耐久性问题。在上个世纪五十年代，粘结性树脂被研发出来，其具有一定的不稳定性，这是由有机高分子化合物结合键导致的结果，因此，在其具有一定的不稳定性，在环境条件略有不同的情况下，容易出现老化和劣化。

2复合材料加固混凝土的机理分析

2.1FRP加固混凝土的机理分析

根据约束混凝土的轴压试验知，混凝土在达到其屈服应力之前，δ－ε曲线和没被约束的δ－ε曲线类似，当混凝土达到其屈服强度时开始膨胀，纤维聚合物产生拉应变，核心混凝土被约束。通过复合材料的环向应力，增强了混凝土的承载力。

2.2PVC－FRP加固混凝土的机理分析

对PVC－FRP加固混凝土进行轴压试验，弹性阶段PVC管和混凝土之间没有产生应力，当塑性阶段时，PVC管与混凝土之间就产生了应力，混凝土开始膨胀并有裂缝产生。FRP随PVC管的变形而产生应变，给混凝土一个约束力。通过PVC－FRP共同作用，提高了混凝土的承载力。

3复合材料加固混凝土结构耐久性

3.1腐蚀介质

由于复合材料加固混凝土工程中复合材料自身所具有的特性，需要考虑复合材料在不同的环境条件下其力学及物理特性的变化等问题，通常会考虑以下几种环境条件:水、盐水、酸碱、高温、紫外线等。以下为格林与方坦纳提出的腐蚀模型，A是溶于水的酸液，B是受腐物形成表面保护膜的浸析模型。当介质浓度变高时，腐蚀率变小。如图是由Uhlig提出，主要表示了不同介质腐蚀率与时间的关系。

3.2材料方面

在材料的使用中，要对复合材料的加固混凝土结构进行合理提高，从而确保混凝土结构的耐久性。在实际的施工过程中，要对复合材料的耐久性进行提高，通过对环境腐蚀的结构树脂还有纤维等方面进行工作的展开。纤维的粘结还有基体的性能，其主要受到纤维表面的基体分子的吸附，还有基体官能团和纤维活性点及纤维官能团彼此间的化学键的形成等，这些因素都是对基体性能还有纤维粘性性能有所影响的。在复合材料的制备前夕，需要在浸渍工序前，针对基体和纤维之间的粘结性能，采取合适的纤维表面处理得到改善。

3.3结构方面

对于结构方面来说，可以在大量的试验基础上，获得科学的力学性能设计参数，另外，在进行结构加固设计时，需要对设计有综合的概念，对需要加固的部位进行强度补强，也需要对材料的强劣，甚至于对失效之后的结构破坏，还有结构变形等特点，都要进行周密的设计和考虑。和混凝土比起来，腐蚀环境敏感性是复合材料的特性，在进行结构设计中，不能笼统的一概而论，需要根据实际的情况，进行差异性的个性化设计，以环境的不同，而制定不同的结构设计。

3.4施工方面

在实际的施工过程中，施工的顺序是否合理，施工的质量如何，这些问题都是影响复合材料加固混凝土结构耐久性的重要因素。在施工的进程中，要对复合材料给予保护，特别是碳纤维，不能让碳纤维有任何的损伤或者刻痕。在树脂的级别配置中，也要严格把关，在操作时间上也需要有恰当的选择。另外，影响加固混凝土结构持久性的，不仅只是施工的质量和顺序，还有施工后的养护，其也是对结构耐久性有关键影响的环节。要通过防水及防腐蚀等保护，在复合材料表面做好持久性的覆盖层。

3.5结构设计时应选择合适的力学性能系数，综合整体进行设计。因为复合材料对于条件恶劣(例如腐蚀性的酸、碱环境等)比混凝土敏感，所以应根据不同的环境制定出相应的结构设计方案。

3.6复合材料加固混凝土结构施工时需提前规划出详细的施工流程，对于复合材料加固混凝土结构耐久性来说，合理的施工顺序及良好的施工质量将是其可靠的保障。在施工时对复合纤维需要进行防护，避免受到损伤。对于基层的混凝土，需要进行去脂以及去除疏松层；对于裂缝的地方，应注意小心剔除其周围的混凝土并且用环氧胶填补；应把垂直转角做成大于20mm的圆角。纤维布条一般搭接长度不小于150mm；固化前要进行检查，有空鼓处需灌胶补满；底胶要饱满。

3.6维修管理方面

和新建的混凝土结构相同，复合材料进行加固混凝土结构耐久性，受到维修管理的直接影响。需要在固定的时间内，进行复合材料加固混凝土结构的维修，通过粉刷防火涂料及油漆覆盖层裂缝封闭等，都是对复合材料加固混凝土结构耐久性的保护，是可以一定程度上对复合材料加固混凝土的寿命有所延长的。该种的测试方式，是根据脉冲摄振器打击试件后，通过脉冲波特征，对黏贴部位进行判断，看其是否存在一定的缺陷。通常情况下在短时间幅值范围内，才会产生粘结脉冲力。然而，就缺陷部位来说，其实在较大时间幅值范围内，才会有所发生和出现的，就脉冲力而言，两者具有很大的差异性。

结论

加固采用的符合材料，及加固的最初设计，还有施工过程及维护管理等，都是影响到符合材料加固混凝土结构持久性的重要因素。通过各种实验证明，在符合材料被侵蚀的最初阶段，复合材料变形能力和抗拉强度，都会有所降低，但是就对弹性模量而言，其受到的影响并不大，在一段时间后，抗拉强度就会再一次回升。此外，还需要对混凝土进行外部覆盖保护，从各个方面出发，不断延长复合材料加固混凝土结构耐久性，进一步提高施工的质量。

参考文献

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