碳纖維片加固修補技術(shù)在工程中的應(yīng)用

戴新榮

碳纖維片加固修補技術(shù)在工程中的應(yīng)用

戴新榮

一、概述

設(shè)計、施工或意外災(zāi)害等會給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用帶來一定影響，需對其進行維修、加固補強。碳纖維片材加固修補鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)修補新技術(shù)，碳纖維具有輕質(zhì)高強、耐久性好、施工簡便且不影響結(jié)構(gòu)等特點，較之傳統(tǒng)的加固修補施工材料具有明顯的優(yōu)越性，該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用于橋梁、工業(yè)與民用建筑等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)加固修補，成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的新趨勢。

二、碳纖維片加固修補混凝土技術(shù)原理及特點

碳纖維片是用抗拉強度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，并經(jīng)環(huán)氧樹脂膠預(yù)浸而成的碳纖維增強復(fù)合片材。以環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)材料，將纖維片材沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損結(jié)構(gòu)上，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，增強貼片與原有結(jié)構(gòu)共同受力，增大結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，有效提高結(jié)構(gòu)強度、延性及抗裂性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展。碳纖維片加固修補混凝土工藝的關(guān)鍵在于碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，共同工作。碳纖維片加固修補混凝土技術(shù)具有以下特點：材料輕，強度高；能夠保持結(jié)構(gòu)原有形狀，不影響結(jié)構(gòu)的外觀；施工工藝簡單、方便快捷，對外界影響小。

表1 碳纖維的性能指標

表2 粘結(jié)樹脂的性能指標

表3 碳纖維片材施工質(zhì)量現(xiàn)場檢驗結(jié)果

三、施工情況

合肥市某高校圖書閱覽綜合樓工程為地上十層地下一層的框架結(jié)構(gòu)，因設(shè)備后期安裝及圖書等荷載較大，故設(shè)計采用碳纖維對該工程部分結(jié)構(gòu)進行加固處理。

1.原材料的性能

所用碳纖維的性能見表1，粘結(jié)樹脂性能見表2。

2.施工工藝

碳纖維片加固修補混凝土工藝包含以下步驟：①混凝土基底處理。施工前應(yīng)對混凝土構(gòu)件表面進行必要的處理，進行鋼筋除銹、修補裂縫和受損部位等，使碳纖維片粘貼后能與混凝土表面緊密結(jié)合。②涂底層涂料。在處理好的混凝土構(gòu)件表面涂刷能滲透到混凝土內(nèi)的底層涂料，然后填平表面凹陷部位，達到表面平整，使碳纖維片與構(gòu)件粘貼緊密并避免粘貼后起鼓。③粘貼碳纖維片。碳纖維片在運輸、儲存、裁切和粘貼過程中嚴禁受到彎折。確認粘貼表面干燥，嚴格掌握貼片的位置與搭接長度，防止碳纖維片受損。貼片前應(yīng)按規(guī)定尺寸裁切碳纖維片，每段長度一般不超過6m。纖維片縱向接頭必須搭接10cm以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂。纖維片橫向可不搭接。粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準。貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂，涂量根據(jù)施工部位及施工面的粗糙程度變化。拱起部分、拐角部分、纖維片搭接部位以及殘缺修補處要多涂一些。貼片時，在碳纖維片和樹脂之間不得留有空氣，可用專用工具沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使粘結(jié)樹脂充分滲浸入碳纖維束中。根據(jù)干燥程度，纖維片施工一定時間后（1h左右），再均勻涂刷一層粘結(jié)樹脂，亦用專用工具沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使纖維內(nèi)部補充、滲浸粘結(jié)樹脂。④進行粘貼質(zhì)量檢查，并進行處理。粘貼結(jié)束后需對粘貼質(zhì)量進行檢查，如有粘貼不牢或空鼓等現(xiàn)象時進行如下處理：Ⅰ.注入粘結(jié)樹脂法。在碳纖維片上打開2個以上的孔，使用注射器注入粘結(jié)樹脂（或低粘度型樹脂）。Ⅱ.割刀切入填充樹脂修補法。沿纖維方向切入2～3刀，用橡膠刮板。毛刷沾上適量粘結(jié)樹脂，填進割開的縫內(nèi)。Ⅲ.補丁補修法。當貼片完全固化后，無法用割刀切開或注入樹脂，或纖維片表面出現(xiàn)褶皺或松弛時，應(yīng)采用此方法割去不良部分。重新粘貼碳纖維片。⑤養(yǎng)護。粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h達到初期固化，并應(yīng)保證固化期間不受干擾。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沙或雨水侵襲。當樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的加溫措施。碳纖維片粘貼后達到設(shè)計強度所需自然養(yǎng)護的時間和外界環(huán)境溫度密切相關(guān)，正常環(huán)境下需要1～2周。在此期間應(yīng)防止貼片部分受到硬性沖擊。⑥涂裝飾。加固部位需根據(jù)使用環(huán)境進行適當?shù)耐匡?涂飾應(yīng)在樹脂初期固化后進行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標準和施工規(guī)定。對新材料新工藝的涂裝，事前要做好充分研究，必要時應(yīng)進行試驗，確認后方可正式使用。

3.質(zhì)量檢驗

為了解碳纖維片材的施工質(zhì)量，在工程不同部位進行了兩組現(xiàn)場檢驗，檢驗結(jié)果如表3。

從表中可知，加固結(jié)構(gòu)的破壞形式均為混凝土破壞，由此可見，采用上述工藝進行碳纖維片材施工，能保證其施工質(zhì)量。

四、結(jié)論

該工程采用碳纖維片材進行加固處理，所使用的材料均符合有關(guān)規(guī)范要求，采取的施工工藝能夠保證碳纖維的施工質(zhì)量。因此，采用碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)是一種科學(xué)可靠的加固措施■

（作者單位：安徽省水利科學(xué)研究院 233000）