2008年7月3日

　　碳纤维增强材料，简称碳纤维，是近十年来在发达国家新兴的一种加固混凝土结构的新材料，以其优异的力学性能在工程领域日渐受宠，被人们称为“结构加固的新星”。采用碳纤维加固技术具有如下几个特点：

　　1.1强度高。碳纤维片材的抗拉强度一般都在3500MPa以上，远高于钢材；抗拉弹性模量为230000～430000MPa，亦高于钢材。因此它的比强度（即材料的强度与其密度之比）可达到2000MPa/g/cm³以上，而Q235钢的比强度仅为59MPa/g/cm³左右，比模量也比钢材高。

　　 1.2 施工简便、快捷。使用碳纤维加固构件不需大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。

　　 1.3 抗酸碱盐类介质的腐蚀，应用面广。加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。

　　1.4 可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，延长结构的使用寿命。

　　 1.5 易于保持结构原状，基本不增加结构自重及截面尺寸。

　　2．材料

　　碳纤维加固钢筋混凝土技术所涉及的材料主要有两种：一是碳纤维布；二是配套树脂类粘结材料。

　　2.1碳纤维增强材料（CFRP）

　　 CFRP乃英文Carbon Fibire Reinforcement Polymer 的首字母缩写，意为碳纤维增强材料。碳纤维丝的产生，是通过氧化有机聚合物（通常是聚丙稀硝胺纤维或乳化沥青），只留下碳素材料，其碳原子沿原有纤维长度排列整齐而形成碳素纤维。每根碳纤维丝由3000～12000个碳原子丝以绞线或麻绳的方式排列而成，其粗细仅相当于人的1根头发丝。

　　碳纤维成品可以制成不同的型材如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等，根据不同工程的不同部位和需要而定。在加固工程中应用量最大和最普通的还是碳纤维布（片材）。表1列出了我国《CECS146－2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》规定的碳纤维布的主要力学性能指标要求。

　　表1 碳纤维片材的主要力学性能指标

　　2.2配套树脂类粘结材料（粘结剂）

　　 粘结材料是施工成功的重要保证。为了使被加固构件与碳纤维布共同受力，要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤布有较高的粘结力和强度，抗拉、抗压特别是粘贴抗剪强度应高于混凝土相应的强度，而且粘结材料对界面和碳纤维布都要有良好的渗透性和相容性，还能够抗冲击、耐疲劳抗老化等。

　　 采用碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时，通常选用配套底层树脂、找平材料、浸渍树脂和粘结树脂，所选材料除满足上述要求外，尚应满足施工简易的要求。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2.5MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值f_tk，而浸渍树脂和粘结树脂性能指标则应达到表2的要求。

　　表2浸渍树脂和粘结树脂性能指标

　　3．碳纤维的补强、加固原理

　　粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力。

　　用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度约为普通钢材的10倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到补强、加固的目的。

　　值得注意的是，使用碳纤维进行加固时，具体粘贴层数要通过计算确定，考虑到各层的共同工作系数，抗疲劳的能力和避免脆性破坏，一般不宜超过5层。另外，从受力性能角度而言，单层优于多层，窄幅优于宽幅；必要时纵向可以搭接，搭接长度不能少于100mm，而且要保证碳纤维端部有可靠的锚固，除计算要求外，还应有必要的构造措施。

　　4．碳纤维布在混凝土结构加固中的机理分析

　　碳纤维加固技术应用广泛，适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可，这里着重介绍碳纤维布加固钢筋混凝土抗弯、抗剪、抗震构件的机理作用，其它从略。

　　4.1 碳纤维加固钢筋混凝土抗弯构件。

　　钢筋混凝土受弯构件的抗弯加固，是通过将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同工作，应变增长加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。

　　4.2 碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件。

　　钢筋混凝土的抗剪加固，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维的作用类似于箍筋。在构件屈服前，碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小；在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加快，应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变发展缓慢。

　　4.3 碳纤维加固钢筋混凝土抗震柱。

　　应用碳纤维对混凝土柱进行抗震加固，是通过用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性而实现的。碳纤维的主要作用是对其内部混凝土起到了约束作用，这种约束是一种被动约束，随着混凝土柱轴向压力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提高侧向约束力。约束机制取决于两个因素：混凝土的横向膨胀性能和外包碳纤维布的环向约束能力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向变形小，故碳纤维横向变形也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近；第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，显著改善了构件的延性。

　　我国是一个地震多发国家，建筑物的抗震加固技术是工程抗震领域研究与应用的一个重要方面。碳纤维补强加固混凝土技术对混凝土柱的抗震加固在工程中应用最多。

　　5．结语

　　粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益，我国已经制定了相关的技术标准及规程（即《CECS146－2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》），为这门技术的应用和健康发展奠定了基础。

　　参考文献：

　　1．叶列平，赵树红，李全旺等，碳纤维布加固混凝土柱受剪承载力计算。

　　建筑结构学报，2000（2）。

　　2．岳清瑞，我国碳纤维增强材料（CFRP）加固修复土木建筑结构技术研究应用现状与展望[A]

　　混凝土结构学术交流会[C],2000。

  2008年6月28日

　　防火漆为什么能在一定时间内防止火势蔓延呢？根据现有的３种防火漆来分析，其原因如下：

　　膨胀型：这种防火漆中的树脂，采用发泡的特质硅酸钠或者加入发泡剂硼酸，它们在遇热时会发生变化，使漆膜膨胀鼓泡，形成硬的空壳，增大火源和物面的距离。

　　非膨胀型：这种防火漆选用过氯乙烯、氯化橡胶、醋酸乙烯共聚体等物质作为树脂，它们在遇火焰后，受热分解，产生不燃性气体，如氯气、二氧化碳等，将周围易燃气体冲淡，使火势削弱。有时还在漆内加入碳酸铵、氯化铵、磷酸铵等化学品，它们遇热也会产生不燃气体，但这些化学品的加入往往对漆膜的物理性能有一定的影响，必须合理使用。

　　膨胀惰气型：这种防火漆用四氯化苯酐醇树脂制成，受热时既能使漆膜膨胀起泡，又能产生氯气等不燃气体，兼有上述两种作用，因此效果较好，耐火时间也较长。

　　另外，防火漆所用颜料，也要以能阻碍和隔绝热源为主，如石棉粉、锑白粉、云母粉、钛白粉等。其中锑白粉，对红外线的反射能力较强，遇火焰能反射热量，在防火漆中使用比较广泛。

　　防火漆作为一种新型的油漆，也还存在一些缺点，如成本较高，某些品种的防火油漆物理性能不够理想等等。但这些缺点，通过实践必将不断克服，达到进一步需要。

  2008年6月27日

钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，改善了玻璃抗拉强度。钢化玻璃的主要优点有两条：第一是强度较之普通玻璃提高数倍，抗弯强度是普通玻璃的3-5倍，抗冲击强度是普通玻璃的5-10倍，提高强度的同时亦提高了安全性。第二个优点是其承载能力增大改善了易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，对人体的伤害极大的降低了。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有2-3倍的提高，表面的抗压力提高到69Mpa,一般可承受150摄氏度以上的温度变化，对防止热炸裂有明显的效果，但是由于玻璃再钢化的过程中采取了特殊的技术工艺，会导致表面的平整度略差于平板及强化玻璃。

强化玻璃（又叫半钢化玻璃）是介于普通平板玻璃与钢化玻璃之间的一个品种，它的强度高于普通玻璃，但低于钢化玻璃，其影像畸变优于钢化玻璃。但要注意，强化玻璃不属于安全玻璃范围，其一旦破碎，仍有尖锐的碎片伤人，强化玻璃的表面压力应在25Mpa到52Mpa之间。所以大家在选购玻璃用品时一定要问清楚商家到底是钢化玻璃还是强化玻璃。

钢化原理
把玻璃加热，然后经过快速冷却（有点象金属淬火），使玻璃内部具有很大的张应力，而在其表面产生更大的压应力。其作用就如同预应力钢筋混凝土构件利用受拉钢筋在需要增强的部份产生压应力一样。不同的是，预应力钢筋混凝土只在部份区域产生压应力，而钢化玻璃则是在全部表面产生压应力。玻璃的钢化淬火过程与金属的表面淬火处理的硬化过程也不同。玻璃的钢化处理，并没有对玻璃表面进行硬化，因而玻璃钢化后，表面抗擦伤、划伤的能力并没有明显提高。

分辨1,摔碎

由于钢化玻璃破碎后，碎片会破成均匀的小颗粒并且没有普遍玻璃刀状的尖角，从而被称为安全玻璃而广泛用于汽车、室内装饰之中。
家居中，一般普通玻璃破碎后锋利的刀状尖角很容易割伤小孩或者撞击者，造成对人身的伤害。玻璃破碎后是变成小颗粒还是刀状这是钢化玻璃与普通玻璃最主要区别方式。但在工程检验中，动不动采用这种破坏性的检验无疑是不现实的。

分辨2 偏振镜

这还得从钢化玻璃制造原理来分析，钢化玻璃是将普通退火玻璃先切割成要求尺寸，然后加热到接近的软化点，再进行快速均匀的冷却而得到。钢化处理后玻璃表面形成均匀压应力，而内部则形成张应力，使玻璃的性能得以大幅度提高，抗拉度是后者的3倍以上，抗冲击力是后者的5倍以上。
也正是这个特点，应力特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志，那就是钢化玻璃可以透过偏振光片在玻璃的边部看到彩色条纹，而在玻璃的面层观察，可以看到黑白相间的斑点。偏振光片可以在照相机镜头或者眼镜中找到，观察时注意光源的调整，这样更容易观察。