李志才

摘要：文章对复合材料的发展过程及优势进行分析，发现在建筑加固工程中使用复合材料会有良好的应用效果。然后再通过实验研究的方式，分析玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料和碳纤维/玻璃纤维复合材料在建筑加固工程中的应用效果。实验结果表明：碳纤维/玻璃纤维复合材料加固的效果更好;与碳纤维复合材料相比，材料使用成本更低。

关键词：复合材料;加固;玻璃纤维;碳纤维;应用

中图分类号：TQ342+.74

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）07-0074-04

复合材料就是将不同的材料进行组成，并对其进行处理，形成一种兼具多种材料优点的新型材料"。由于我国需要加固的建筑工程较多，将复合材料应用其中将会具有重要的意义。当今使用最多的复合材料就是纤维复合材料，因为这种材料优势较多。文章将会对玻璃纤维、碳纤维和两者的结合应用于建筑加工工程中进行研究。

1复合材料的发展过程

随着科技的持续不断地发展，并且要满足社会的需求，在建筑工程领域中各种新型材料随之产生。复合材料作为当今社会。上使用广泛的新型材料，在建工工程领域中，发挥着重要的作用。在加固工程中复合材料中主要有3种材料，分别为碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维[2]。纤维复合材料主要由树脂和纤维组成，通过对其进行按照一定比例混合加工之后，就会形成具有不同功能的独特结构材料[3]。由于复合材料具有的独特优势，在建筑工程中的地位越来越高，应用于建筑工程中必然会发挥很好的加固作用。

在1950～1960年之間，复合材料就已将在民用建筑中得以使用;在1961年，英国将碳纤维复合材料应用到其教堂的尖顶建设，此时应用复合材料的技术在不断增加，其应用范围也开始扩张。到1970年时，就可以将复合材料应用到人工天桥中。中国对复合材料的应用比国外晚几年，是在20世纪50年代末期，中国开始对玻璃纤维复合材料进行应用，随着材料和技术上的不断成熟，玻璃纤维复合材料开始取代钢筋的使用，由此可见玻璃纤维复合材料的应用效果比钢筋好。人们逐渐重视复合材料在建筑工程中的作用，为了让复合材料更进一步的发展，中国在70、80年代就开始大力研究复合材料。在1982年，我国北京将碳纤维复合材料应用于公路建设中，对公路的承载能力有了进一步的提高"。复合材料的主要作用就是起到加固作用，但是随着不断的发展，复合材料可以在地震环境中对建筑工程进行加强，从而可以提高对地震的抵抗作用”。复合材料逐渐成为应用范围广阔的材料。21世纪初期，复合材料就成为了我国重要的建筑材料，能够保障工程的质量和安全。

2复合材料的优势

建筑工程中所使用的复合材料，尤其是复合材料，主要有纤维和树脂组成，其中纤维的作用就是可以增加复合材料的强度"。将复合材料应用到结构中，可以提高其抗拉强度，并且与钢筋对比，提高的幅度是非常的明显。图1为复合材料与其他材料的抗拉强度对比，从图中可以看出，复合材料普遍比其他材料的抗拉强度大，并且在复合材料中，碳纤维复合材料的抗拉强度大于芳纶纤维复合材料大于玻璃纤维符合材料。另外，复合材料还具有其他的很多的优势，比如具有很好的抗腐蚀性，能够抵抗酸碱等物质的腐蚀;质量轻，不会给建筑结构增添负担;施工工序简单、工期短，可以节约成本;还具有耐疲劳性、耐久性等等。这些优势让复合材料逐渐取代了钢筋的使用，其应用更加的广泛。

3复合材料在建筑加固工程中的方法

3.1内嵌入式加固方法

将复合材料应用于建筑结构中有着不用的加固方法，有人提出了内嵌入式的加固方法。顾名思义，就是将复合材料嵌入到建筑结构的里面，首先将建筑结构的表面开浅沟，然后将复合材料放入其中，是其与建筑结构成为一个整体，复合材料具有很好的力学性能，能够与建筑结构共同承担外力，从而可以提高建筑结构的剪切能力或者是弯曲能力，就可以起到加固的作用。图2就是使用内嵌人式进行加固的施工方法。

使用内嵌入式的加固方法的主要优势如下所示：将复合材料放入加固构件中，当构件受到外在力量的撞击时，就不会直接的撞击在复合材料上，可以减少复合材料的破坏作用。并且将复合材料嵌人到结构中，使两者成为一个整体，就可以更好的起到加固的作用。由于是内嵌式加固，就会增加复合材料的利用面积，就会造成浪费现象。使用内嵌式方法时，其施工比较简单，不需要很多的人力和物力，而且施工面积也很小，可以节约建筑加固的施工成本。

使用内嵌式加固方法也需要按照一定的施工工艺进行，当施工工艺存在问题时就会降低复合材料加固的效果。其施工步骤如下所示：

1）在结构上进行开槽，开槽的尺寸是根据建筑构件的加固设计要求进行的。开槽尺寸不能随意设计，需要通过一系列的计算得出。

2）开槽完成之后，槽内会存在灰尘等杂质，需要将其全部清理干净，以防影响复合材料的粘接效果。

3）然后再向槽中加人胶粘剂，加人胶粘剂的厚度为槽高的一半时需要停止加人。

4）停止加入胶粘剂之后，就将复合材料放入槽中，然后对其进行轻轻施压，将继续向槽中加入胶粘剂，直至加满为止。

5）在就是等待胶粘剂固化，固化完成后对建筑结构表面进行处理。

3.2外贴式加固方法

外贴式加固方法就是利用胶粘剂将将复合材料粘贴在建筑结构的外表面。图3就是利用该方法的示意图。使用外贴式加固的方法其最主要的优势就是非常方便，能够快速的完成施工。并且因为复合材料具有不错的防腐蚀性能，所以将其粘接在建筑结构的外面有利于对结构的保护、防止其发生腐蚀。所以不需要对结构进行定期的维护，就可以节约因为维护所花的费用。

使用外贴式加固的施工过程比较简单，主要包含着5个施工过程，①对加固构件基地进行处理，即将其表面的杂质清理干净，②涂抹底胶，③将加固结构表面找平，有助于将复合材料平整的粘接在结构表面，④粘接复合材料，为了对复合材料起到保护的作用，⑤在其表面抹灰或者是喷防火涂料。

4复合材料在建筑加固工程中的应用

建筑加固工程中主要使用复合材料包含着3种，即碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维。如今使用最多的就是碳纤维，因为其性能更加的占优势。将复合材料应用于建筑加固工程中究竞哪种复合材料的性能更好，需要进行实验研究。本文将分析碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和碳纤维/玻璃复合材料这3种材料在建筑加固工程的中的应用效果。

4.1实验部分

4.1.1实验材料和设备

实验所需的主要材料：14根短柱，短柱为预留5年的素混您图，其尺寸为15cmX15cmX45cm;碳纤维复合材料;玻璃纤维复合材料;环氧树脂胶粘剂等。表1为碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料的各项参数。

实验所需的主要设备：助机。

4.1.2实验试样及分组

将14根短柱分成4组，如表2所示。第1组为素混凝土短柱，包含3根，用符合P表示;第2组为玻璃纤维复合材料的短柱，包含3根，用符合GF表示;第3组为碳纤维复合材料的短柱，包含4根，用符合CF表示;第4组为碳纤维/玻璃纤维复合材料的短柱，包含4根，用符合CF/GF表示。

4.1.3试样的加固

本文对建筑结构进行加固的方式采用的是外贴式加固方法。对于GF组使用的是玻璃纤维布，其宽度为10cm，将其采用环绕的方式粘接在短柱上，搭接宽度为2cm。CF组的试样使用的是碳纤维条，每隔lcm粘接在短柱上。CF/GF组的试样其加固程序是首先在短柱上粘接碳纤维条，每隔2cm粘接一圈，然后再在其表面粘接玻璃纤维复合材料，采用的是环绕方式。

4.2实验结果与分析

4.2.1不同复合材料加固短柱的破坏形态分析

采用压力机对每种试样进行加载处理，当试样发生破坏时，其破坏形态如图4所示。在整个实验过程中，需要对每種试样发生的变化进行记载，包含其断裂情况和极限荷载等，其结果如下所示：

1）P试样。当荷载加大到其极限荷载的80%时，就会听到短柱发生断裂的声音，可以看出在短柱的中间出现了微小的纵向裂缝，当继续增加荷载时，短柱的边上也迅速的出现裂缝，然后短柱被压坏。

2）GF试样。当荷载加大到其极限荷载的75%时，就会听到短柱发生断裂的声音，从而可以分析出在短柱的内部出现纵向断裂。然后继续加荷载，当达到其极限荷载时，短柱的表面就会出现开裂现象，随即玻璃纤维复合材料出现拉断，然后短柱被压坏。

3）CF试样。当荷载加大到其极限荷载的90%时，没有听见也没有看到短柱有出现裂缝的现象，于是对其继续加载，加载到其极限荷载，发现短柱的中间部分，碳纤维复合材料被拉断了，与此同时短柱被压坏。

4）CF/GF试样。当荷载加大到其极限荷载的95%时，就听到了短柱发生断裂的声音，但是观察其表面的玻璃纤维复合材料没有出现断裂现象。

从而可以结合图4得出，与P试样相比，使用复合材料加固混凝土的短柱其出现的裂缝更加的细密，且在一个面上，CF/GF试样表面的裂缝多于CF试样多于CF试样多于P试样。并且每个试样的承载力如表2所示。不同试样的实测荷载一应变曲线如图5所示。

4.2.2加固机理分析

通过对图5和表2的分析，可以发现，与素混凝土柱相比，其他的3种混凝土柱的塑性和极限承载力都有所提高。从表和图中可以看出，使用玻璃纤维复合材料对柱加固后，其极限承载力虽然有所提高，但是并不明显，而其塑性的增加是非常的明显。使用碳纤维复合材料对柱的加固后，其增加趋势正好与玻璃纤维复合材料加固柱的效果相反，即其极限承载力提高非常的明显，而塑性提高并不明显。使用碳纤维/玻璃纤维复合材料对柱进行加固后，综合了其两种材料的不足之处，即非常明显.的提高了塑性和承载力。出现这种现象的原因如下所示。

从表1中可知，玻璃纤维复合材料的弹性模量比较很小，虽然该材料是以环绕的方式粘接在柱子上，但是其侧向约束力很小，小得几乎可以忽略，所以柱子在受压前期，可以认为是单轴受压，当柱子出现裂缝之后玻璃纤维的应力就会提高，由于裂缝较宽，三向应力状态就不会生产，再加上柱子的承载力下降，所以其使用玻璃纤维复合材料进行加固的柱子，其承载力增加并不明录。由于玻璃纤维复合材料会约束柱子发生裂缝，就会展现一定的塑性，所以其塑性增加较为明显。

从表1中可知，碳纤维复合材料的弹性模量很大，甚至大于普通的钢筋，再加上碳纤维更加的柔，使用胶粘剂进行粘接时会更加的平整服帖，粘接效果会更好，就会形成三向应力，即明显的提高柱子承载力。另外，碳纤维复合材料的延展性小，所以提高其塑性就会显得不明显。

碳纤维/玻璃纤维复合材料对建筑结构柱子加固可以兼顾两者的优势。在刚开始加载时，因为碳纤维复合材料能够对柱子起到约束作用，形成三轴受压状态，其横向平均应变约是CF试样的两倍。应力大幅度提高的原因在于玻璃纤维的高延伸率能够承担碳纤维的低延伸率，即将两种复合材料进行结合，其延伸率变高了，应力也会大幅度提高。而且有表1可知碳纤维复合材料的价格相当贵，玻璃纤维复合材料的价格比较便宜。与使用碳纤维复合材料加固构件相比，用碳纤维/玻璃纤维复合材料加固能够节约一般的碳纤维使用，总的加固价格为碳纤维复合材料加固的77.3%，并且极限应变和承载力都比碳纤维加固高，所以可知，使用碳纤维/玻璃纤维复合材料应用于建筑加固工程中加固效果更好，且能够节约加固所需成本。

5结语

综上所述，在建筑加固工程中使用复合材料能够达到更好的应用效果。其中使用碳纤维/玻璃纤维复合材料加固的塑性和承载力大于其他两种复合材料;且碳纤维/玻璃纤维复合材料的成本更加低廉。所以在建筑加固工程中使用碳纤维/玻璃纤维复合材料将会有更好的效果，并且物美价廉。如今复合材料作为加固工程的主要材料，并且发挥着重要的作用，随着科技的发展，将会对复合材料不断的进行创新，今后建筑加固工程质量将会更好。

参考文献

[1]董江峰，王清远，侯敏，等.复合材料加固混凝土梁斜截面承载力的研究[J].四川大学学报（工程科学版），2012，44（03）：71-77.

[2]王欣.纤维复合材料加固砌体墙片的抗震试验研究[D].上海：同济大学，2003.

[3]薛元德，胡培.纤维复合材料应用于基础设施工程：面向21世纪的机遇和挑战[J].高科技纤维与应用，2000（02）：9-13+49.

[4]廖卫东.桥梁结构碳纤维加固技术研究[D].西安：长安大学，2002.

[5]徐秦.纤维材料在结构抗震中的应用与研究[J].世界地震工程，2007，23（3）：168-170.

[6]马晓升.纤维复合材料加固混凝土的几个重要问题[D].汕头：汕头大学，2005.

[7]吴永河.某公寓楼的抗震加固设计[J].工程抗震与加固改造，2009（02）：85-88.

[8]乔生儒.复合材料细观力学性能[M].西安：西北工业大学出版社，1997.