4.3 纤维和纤维复合材

4.3.1 对结构加固用的纤维复合材，本规范选择了以碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维制作，现分别说明如下：
    1 碳纤维按其主要原料分为三类，即聚丙烯腈(PAN)基碳纤维、沥青(PITCH)基碳纤维和粘胶(RAYON)基碳纤维。从结构加固性能要求来考量，只有PAN基碳纤维最符合承重结构的安全性和耐久性要求；粘胶基碳纤维的性能和质量差，不能用于承重结构的加固；沥青基碳纤维只有中、高模量的长丝，可用于需要高刚性材料的加固场合，但在通常的建筑结构加固中很少遇到这类用途，况且在国内尚无实际使用经验。因此，本规范规定：必须选用聚丙烯腈基(PAN基)碳纤维。另外，应指出的是最近市场新推出的玄武岩纤维，由于其强度和弹性模量很低，不能用以替代碳纤维作为结构加固材料。因此，在选材时，切勿听信不实的宣传。    当采用聚丙烯腈基碳纤维时，还必须采用15K或15K以下的小丝束；严禁使用大丝束纤维。其所以作出这样严格的规定，主要是因为小丝束的抗拉强度十分稳定，离散性很小，其变异系数均在5％以下，容易在生产和使用过程中，对其性能和质量进行有效的控制；而大丝束则不然，其变异系数高达15％～18％，且在试验和试用中所表现出的可靠性较差，故不能作为承重结构加固材料使用。    另外，应指出的是，K数大于15，但不大于24的碳纤维，虽仍属小丝束的范围，但由于我国工程结构使用碳纤维的时间还很短，所积累的成功经验均是从12K和15K碳纤维的试验和工程中取得的；对大于15K的小丝束碳纤维所积累的试验数据和工程使用经验均嫌不足。因此，在此次修订的本规范中，仅允许使用15K及15K以下的碳纤维。这一点应提请加固设计单位注意。
    2 对芳纶纤维在承重结构工程中的应用，必须选用对位芳香族聚酰胺长丝纤维；同时，还必须采用线密度不小于3160dtex(分特)的制品；才能确保工程安全。    芳纶纤维韧性好，又耐冲击、耐疲劳。因而常用于有这方面要求的结构加固。另外，还用于与碳纤维混杂编织，以减少碳纤维脆性的影响。芳纶纤维的缺点是吸水率较大，耐光老化性能较差。为此，应采取必要的防护措施。
    3 对玻璃纤维在结构加固工程中的应用，必须选用高强度的S玻璃纤维、耐碱的AR玻璃纤维或含碱量低于0.8％的E玻璃纤维(也称无碱玻璃纤维)。至于A玻璃纤维和C玻璃纤维，由于其含碱量(K、Na)高，强度低，尤其是在湿态环境中强度下降更为严重，因而应严禁在结构加固中使用。
    4 预浸料由于储存期短，且要求低温冷藏，在现场施工条件下很难做到，常常因此而导致预浸料提前变质、硬化。若勉强加以利用，将严重影响结构加固工程的安全和质量，故作出严禁使用这种材料的规定。
    本条为强制性条文，必须严格执行。
4.3.2 在建设工程中，结构加固工程所占比重甚小，其所采用的加固材料及制品，鲜见专门生产；多是从按一般产品标准生产的材料及制品中选择优质适用者。在这种情况下，为了保证所选用材料及制品的性能和质量符合结构加固安全使用要求，就必须对进入加固市场的产品进行安全性能检测和鉴定。为此，国家制定了《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB 50728，并作出了凡是工程结构加固工程的材料及制品，其安全性能均应符合该规范的规定。考虑到这一规定涉及结构加固的安全问题，因此在本规范中作出了相应的规定。
4.3.3、4.3.4 这两条给出了纤维复合材抗拉强度的标准值和设计值，现分别说明如下：
    1 纤维复合材的抗拉强度标准值    表4.3.3的指标是根据全国建筑物鉴定与加固标准技术委员会10多年来对进入我国建设工程市场各种品牌和型号纤维复合材的抽检结果，并参照国外有关规程和指南制定的。就每一品种和型号而言，其抗拉强度标准值，均具有95％的强度保证率和99％的置信水平。在这基础上，通过加权方法给出了规范的取值，因而具有较好的包容性和可靠性。其中，需要指出的是Ⅲ级碳纤维复合材，由于其强度离散性很大，不适宜采用一般统计方法确定其标准值，因而改用稳健估计方法进行取值。
    2 纤维复合材的抗拉强度设计值
        (1)碳纤维复合材        表4.3.4-1～表4.3.4-3的指标为其强度标准值除以分项系数γs的数值，经取整后确定的。考虑到纤维复合材的延性较差，对一般结构，取γs为1.5；对重要结构，还需乘以重要性系数1.4，以确保安全。另外，应说明的是：按本规范确定的抗拉强度设计值，与欧美等国按拉应变设计值εf与弹性模量设计值Ef乘积确定的设计应力值相当。
        (2)芳纶纤维复合材和玻璃纤维复合材
        由于弹性模量较低，其安全度设计模式的研究尚不充分，故目前尚只能参照国外标准的经验取值方法进行确定，因而较为偏于安全。
    第4.3.3条为强制性条文，必须严格执行。
4.3.6 本条的规定必须得到强制执行。因为一种纤维与一种胶粘剂的配伍通过了安全性及适配性的检验，并不等于它与其他胶粘剂的配伍，也具有同等的安全性及适配性。故必须重新检验，但检验项目可以适当减少。
4.3.7 在现场施工条件下，使用纤维织物(布)制作复合材时，其单位面积质量之所以必须严格限制，主要是因为织物太厚时，室温固化型结构胶将很难浸润和渗透，极易因纤维内部缺胶或胶液分布不均而严重影响纤维复合材的粘结性能，致使被加固的结构安全得不到保证。与此同时，结构胶的浸润与渗透质量，还取决于施工工艺方法。为此，根据国外经验和现场验证性试验结果，分别按手工涂布和真空灌注两种工艺，制定了不同织物单位面积质量的限值，以确保结构加固工程质量和安全。