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日本碳素布的接着工法和目前混凝土 建筑物的补强现状 铃川研二 谷口贵昭(东丽株式会社) 王文俊(东丽商享上海有限公司) 小林朗 每熊宏则(日铁复合材料株式会社) 1 前言 工995年I月，在日本发生的阪神淡路大地震使得大都市的各种构造物受到了前所未有的冲击和伤害。由于这个原因，日本在对所有桥梁的耐展设计进行重新研究的同时，对于耐震性存在欠缺的现存桥梁也进行了适当的补强。此外，对于那些现存建筑物的耐展补修和改建也作为一个重要课题加紧推进。 此外，现在日本有大约13万座道路高架桥(15m以上)在使用中，对这么庞大数量的道路桥进行适当的维修管理也是一个重要的课题。并且，伴随着交通量的不断增加和1993年对过桥载重的缓和放宽，使得对这些不断劣化的桥梁进行补修补强的工作更加迫在眉睫。 碳素布的接着工法是指由碳素纤维织成的布通过树脂的浸润和混凝土表面进行接着，使建筑物的耐展性提高，并且受弯强度、剪切强度以及耐疲劳强度同时提高的方法。此施工法具有施工性简便，耐腐蚀强等特征。也正是由于它具备此种特征的原因，道路、铁道以及建筑部门包括大学在内都潜心对其进行研究，并制定了设计和施工的标准。 本报告将通过对碳布补强施工方法概要说明的同时，也将以土木构造物为核心，对补强设计的基本思考方法和适用范围进行阐述。 2 碳素纤维布补强工法概要 2.1 碳寮纤维布的种类和构造 碳素纤维是具有轻量、高强度、高弹性和高耐腐蚀等特征的高性能无机纤维，根据原料和制法的不同，被分为PAN系和PITCH系两大类型。特别是PAN系的碳素纤维，日本的3个公司控制了世界上75%的生产量，其中东丽公司拥有世界第一的生产量(约35 ，商标:TORAYCA). 碳布根据纤维方向分为单向和双向布，在施工中主要以单向布为主。通过照片1可以看到，碳布的构造可分为纤维连续织成品(TORAYCA碳布)和用离型纸采用少量树脂粘结而成的预浸布型(FORCAT TOSHEET)。现在，在日本国内使用的代表性的碳布性能见表1, 襄1 代襄性碳纤堆布特征破纤维布种类 } 高强度型 高 弹 模 型碳丝种类 TORAYCA T70S }TORAYCA M46J碳纤维布型号 200 300 400 300设计厚度(mm) 0.111 0. 167 0.222 0.163设计拉伸强度(N/mm ) 3.4 2. 4杨氏棋It系数(kN/mm ) 245 440末燃公司碳纤维布 UT70-20 UT70-30 UT70-40 UM46-30新日铁公司碳纤维布 {FTS-CI-20 FTS-CI-30 FTS-CI-40 FTS-C6S-30 23 · 第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术交流会 2002.7 中国 ·昆明 TORAYCA型碳纤维布 预浸淡塑碳纤维布 照片 1 CFRP种类 2.2 碳素布补强工法的特征 碳素布补强工法是指用树脂把碳布浸润，然后与混凝土接着从而进行补修补强的工法。标准的碳素布补强工法的断面图见图1, 碳素布补强法具有以下特征: ·把碳素纤维所具有的拉伸强度和 高弹性的特征最大限度地发挥出 来，并得到最理想的补强效果。 ·碳布由于它的轻量和薄型，基本上 不会增加混凝土构造物的厚度和 重量。 ·通过调整碳布的层数，可对应不同 的补强量。 ·碳素布补强是在常温下进行树脂 硬化的作业，可用较少人员在短 图1碳纤维布粘接工法 期间内完成。 ·无需任何重型机械，可在施工空间不受限制的情况下完成。 ·碳素布可接着在任何复杂形状的混凝土表面进行补强。 ·不会发生生锈，耐久性强。 由于外部有树脂的遮挡，内部的混凝土老化和钢筋的生锈腐蚀可以得到控制。 2.3 碳素纤维布的适用范围和使用事例 日本国内碳素布的使用事例的分布比例如图2所示，阪神淡路大地震以来，桥脚和建筑物柱子的耐震补强施工数量急增;并且近年来桥板和横梁的补强也逐渐增加。 闪‘限-x训眨恻姆良﹄︺ 1993 1994 1995 996 1997 1998 1999 2000年度 图2 日本国内CFRP使用悄况统计 24 \第二届全国土木工程用纤维增强复合材料(FRP)应用技术学术文流会 2002.7 中国·昆明 3 增强设计法的概要 3.1 法。 公路桥脚的抗屁增强设计法阁 连试验体的尺寸效果也考虑在内，通过进行各种实验，寻求用碳素纤维布增强抗展强度的设计该设计法的基本思想是通过对地