碳纖維加固在混凝土結(jié)構(gòu)裝修改造工程中的應(yīng)用

戴鋒華

摘要：粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。本文主要介紹碳纖維的施工工藝、在施工過程中的技術(shù)控制措施以及碳釬維加固的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：碳纖維布；基層處理；工藝與質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：TV383文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-1145（2009）11-0129-02

我國自建國以來，特別是自20世紀(jì)70 年代末實(shí)行改革開放以后，各種房屋建筑以及城市設(shè)施數(shù)量急劇增加。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，目前我國現(xiàn)存的各種建（構(gòu)）筑物的總面積至少在100 億m2以上，其中絕大多數(shù)是混凝土及砌體結(jié)構(gòu)。建國初期建造的大量的工業(yè)與民用建筑，服役期大都超過50年，存在各種安全隱患。對(duì)于這些建筑物，如果不及時(shí)采取加固措施，就有可能導(dǎo)致重大的安全事故。近年來出現(xiàn)的一些新加固技術(shù)，如粘貼纖維復(fù)合材料加固法，這一技術(shù)從一開始引進(jìn)和出現(xiàn)在國內(nèi)，就以它優(yōu)異的性能、特點(diǎn)和加固效果得到了工程界的關(guān)注和青睞。下面著重介紹粘貼碳纖維材料加固法：

一、工程概況

北京市北京鐵路總醫(yī)院病房樓改造工程，該建筑建于20世紀(jì)50年代，地下一層、地上五層。結(jié)構(gòu)體系采用磚混結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土樓板，在1996年改造中做過加固處理，但只采用部分加固：增加部分抗震橫墻，墻體兩側(cè)加鋼筋網(wǎng)水泥砂漿、混凝土面層的加固方案。

（一）施工工藝和質(zhì)量控制點(diǎn)

碳纖維加固機(jī)理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。

1．施工順序

卸荷——混凝土基底處理——涂底層底膠——找平膠找平——貼碳纖維片——養(yǎng)護(hù)。

2．施工過程中應(yīng)注意的問題

（1）加固前應(yīng)對(duì)所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。將應(yīng)拆除的輕質(zhì)墻體拆除，樓板上不得堆放施工材料和施工設(shè)備等重物，并按從上往下的順序施工。

（2）混凝土基底處理

1）混凝土表層的含水率不宜大于4％，且不應(yīng)大于6％。

2）如有外露鋼筋，應(yīng)檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，進(jìn)行必要處理。裂縫部位應(yīng)首先進(jìn)行封閉處理。

3）被粘貼混凝土表面用混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具打磨平整，除去表面浮層、油污等雜質(zhì)，直至露出結(jié)構(gòu)新面，尤其要注意的是：表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角處粘貼要進(jìn)行倒角處理，并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于10mm，將混凝土表面用丙酮擦拭一遍，用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，保持混凝土表面干燥。

（3）涂底層底膠

1）把底膠的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi)，用攪拌器攪合均勻，一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。一般情況下1h內(nèi)用完。

2）在底膠中嚴(yán)禁添加溶劑。含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用。

3）用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序施工。

4）指觸干燥時(shí)間因氣溫不同，一般在3小時(shí)到1天之間變化。

5）底膠固化后，在表面上有凸起部分時(shí)，要用砂紙磨光。

（4）找平膠找平

底膠涂刷后，混凝土表面不平處用找平膠找平。模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用找平膠填補(bǔ)，盡量減小高度差，轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用找平膠修補(bǔ)成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。

（5）貼碳纖維片

1）確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在5°C以下，相對(duì)濕度RH>85%時(shí)，如無有效措施時(shí)不得施工。

2）防止碳纖維受損，碳纖維片在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過程中，嚴(yán)禁受到彎折。

3）碳纖維縱向接頭必須搭接15cm以上，該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。

4）粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。

5）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂，稱為下涂。

6）貼片時(shí)，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。

7）碳纖維片施工30分鐘后，用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)樹脂，稱為上涂。

8）進(jìn)行空鼓檢查，并進(jìn)行處理。

9）如碳纖維片施工不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則需進(jìn)行相應(yīng)處理。

（6）養(yǎng)護(hù)期間的質(zhì)量控制點(diǎn)

1）粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24小時(shí)達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受干擾。

2）在每道工序以后樹脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲。

3）當(dāng)樹脂固化期間存在氣溫降低到50C以下的可能時(shí)，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的升溫措施。

4）碳纖維片粘貼后，要達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，需自然養(yǎng)護(hù)，在此期間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。

（二）在受彎構(gòu)件的加固方法中與鋼板加固比較，碳纖維加固有幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

（1）具有良好的物理力學(xué)性能：其抗拉強(qiáng)度為普通鋼材的10 倍以上，彈性模量相當(dāng)于普通鋼材的1.1～2.4 倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/ 4 ；厚度小，一般片材增強(qiáng)層厚度在0.1mm～0.2mm之間，因此基本上不增加結(jié)構(gòu)截面尺寸和自重。

（2）現(xiàn)場(chǎng)施工方便：沒有濕作業(yè)和明火施工，占用場(chǎng)地小，也不需要大型施工機(jī)具，而鋼板加固需要鉆孔、下螺栓，鋼板就位所需要的空間較大。因此碳纖維加固施工方便、工效高、施工質(zhì)量容易得到保障。

（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)。特別是在曲面殼體和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的加固中，具有其他加固方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)，與混凝土的有效接觸面積可達(dá)100 %。

（4）具有良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點(diǎn)。

（5）鋼材生產(chǎn)成本較高，而碳纖維復(fù)合材料隨著技術(shù)的國產(chǎn)化，成本會(huì)大大降低。

二、碳纖維加固的前景和探索

隨著現(xiàn)有建筑的大量建設(shè)，在過一定時(shí)間后，這些建筑在結(jié)構(gòu)使用方面的耐久性、功能需求改變時(shí)結(jié)構(gòu)不能滿足等等，此時(shí)可以通過一定的加固后繼續(xù)發(fā)揮建筑物的功能，同時(shí)造價(jià)較低?；炷两Y(jié)構(gòu)的碳纖維加固方法將有更廣闊的是市場(chǎng)。

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益；在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度，那么在其他的結(jié)構(gòu)中，碳纖維布能否起到加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的作用呢？

參考文獻(xiàn)

[1]碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

[2]良桃編著，施楚賢主審．建筑結(jié)構(gòu)加固工程設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量驗(yàn)收手冊(cè)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

[3]袁海軍，姜紅主編，高小旺主審．建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)與加固鑒定手冊(cè)[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．