摘要:本文介绍了复合材料的应用现状，全面分析了复合材料加固混凝土的加固机理、耐久性并提出了解决问题的方法，为之后的复合材料加固混凝土耐久性问题深入研究打下基础。
关键词:复合材料；混凝土；加固机理；耐久性
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。本文将会分析复合材料的耐久性，找出问题，提出解决方法。
1技术应用现状
复合材料开始时用于航空、航天、医学等领域。随着材料科学的发展，其优良的力学性能被人们所熟知，20世纪80年代开始运用于土木工程行业。复合材料可适用于多种结构部位的加固并对此结构部位无影响，且其具有高强度、施工便捷、适应性广等特点，所以应用广泛。与传统的结构加固相比，复合材料加固混凝土结构的技术有多个优点，如施工方便、效率高及有广泛的适用性等。目前，复合材料加固混凝土这项新技术得到广泛的应用，如国外的房屋、桥梁及隧道等建筑工程都应用此项技术来加固混凝土结构。我国同时也在研究应用这项技术，若将复合材料应用于沿海工程及海上油气田的开发，将会创造巨大的经济收益，只是当下比较热门的一个发展方向。因为一些沿海的建筑物会经常遭受化学物品的侵蚀及核电站的辐射等，因此耐侵蚀、防辐射是沿海工程选用材料时的重要指标。
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。由图中可以看出，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耐久性问题
混凝土加固的复合材料主要有纤维，纤维有玻璃、碳及复合纤维，热酸液可以将这些纤维溶解，所以耐久性是亟待解决的问题。通过实验表明结构树脂在氢氧化钙的饱和溶液中放置两年，其抗压强度减小较少，为35.8%;将结构树脂放置水中两年，其抗压强度降低了36.6%。将树脂的微观结构用红外线谱测试发现C－H、C－O键变化较大。从以上的陈述可以看出，复合材料自身的结构特性对加固的混凝土耐久性产生影响，应予以重视。国外在复合材料加固混凝土结构耐久性方面研究地较早。Steckel等人通过对三种E玻璃纤维增强复合材料系统以及四种碳纤维增强复合材料系统在100%的湿度、盐水、碱溶液、柴油、紫外线等的试验研究，得出以下结论:经过一万个小时上述实验后，绝大数的碳纤维增强复合材料耐久性能良好。四种碳纤维中有一种的抗剪承载力在耐潮湿实验中温度达到五十摄氏度时下降了很大，但玻璃纤维与碳纤维的弹性模量在经过耐久性实验后都没有降低。
3．3解决途径
复合材料的耐久性问题主要从四个方面来解决。第一，提高构成复合材料的其他组成材料的质量，如各种纤维、树脂的质量。由于纤维外表面吸附着基体，所以在配置复合材料时应对纤维表面进行妥善的处理，易于基体吸附。通常情况下，会使用硝酸、双氧水及高锰酸钾等水溶液来氧化纤维表面的附着体，或是用沉淀法将纤维表面的附着体沉淀，便于基体吸附于纤维表面，提高了纤维与基体结合的质量。同时也可在复合材料中加入增韧剂，提高耐久性。第二，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。第三，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。
4结语
文章对复合材料加固混凝土的机理做了分析，得出FＲP、PVC－FＲP两种加固方法能够提高混凝土承载力。复合材料加固混凝土结构存在耐久性，这种耐久性不仅与加固采用的复合材料有关，而且还与设计、施工和维护管理等有关，需要引起工程技术人员的高度重视。文章从三方面阐述了复合材料加固混凝土构件耐久性问题，提出四个解决方法来提高耐久性，为之后的复合材料加固混凝土耐久性深层问题探索提供了参考依据。
参考文献
［1］张琦，黄故．紫外线对玻璃纤维增强复合材料力学性能的老化研究［J］．湖南科技大学学报(自然科学版)，2009，24(4):综合经济期刊35－37．
［2］管天成．CFＲP加固混凝土构件力学及耐久性试验研究［D］．哈尔滨:哈尔滨工业大学，2008∶58－60．
作者：牛牧华 陈程 单位：无锡太湖学院 无锡风电设计研究院有限公司
