粘貼纖維復合材加固混凝土結(jié)構梁、板的應用

【摘要】在當前混凝土結(jié)構技術不斷提升的情況下，其自身的性能已經(jīng)發(fā)展到一個瓶頸期，要使得其結(jié)構性能得到更好的強化，就必須要對其他外在的技術加以應用。高強復合纖維材料結(jié)構加固技術本身，主要是通過特殊的環(huán)氧樹脂膠粘劑將復合纖維材料粘貼在混凝土結(jié)構構件表面位置上，促使構件受力性能得到強化。該技術所呈現(xiàn)出的高強度、自重小、施工便捷、適用面廣等特性促使其發(fā)展前景良好。本篇文章主要與某室內(nèi)試驗相結(jié)合，著重探討使用高強復合纖維材料對混凝土結(jié)構梁、板進行結(jié)構加固。

【關鍵詞】高強復合纖維；混凝土結(jié)構；結(jié)構加固

高強復合纖維材料對于混凝土結(jié)構進行加固的技術應用，是近幾年才逐漸發(fā)展起來的特殊加固技術，該技術本身之所以能夠得到推廣，主要是由于建筑工程結(jié)構體系本身的發(fā)展推動所致。但在實際使用的過程中，高強復合纖維材料由于本身存在著一定的受力特性，那么就必須要依據(jù)受力特性來采取適當?shù)募庸檀胧?/p>

采用高強度的連續(xù)纖維按一定規(guī)則排列，經(jīng)用膠粘劑浸漬、粘結(jié)固化后形成的具有纖維增強效應的復合材料，通稱為纖維復合材?；炷两Y(jié)構加固用的纖維復合材主要有兩類，分為承重結(jié)構用的碳纖維和承重結(jié)構用的玻璃纖維。其中碳纖維加固成為常用的加固混凝土結(jié)構方法之一，下文主要與室內(nèi)試驗相結(jié)合，著重探討使用高強碳纖維復合材對混凝土結(jié)構梁、板進行結(jié)構加固。

1、碳纖維加固混凝土梁的試驗研究與結(jié)果

1.1試驗材料

1.2加固試驗結(jié)果

碳纖維復合材的粘貼量直接影響到加固的效果：當粘貼碳纖維復合材維持在較低水平的情況下，其所產(chǎn)生的結(jié)構承載能力提升效果，實際上是伴隨著纖維量的不斷增加而持續(xù)的增大；但是承載能力的提升效果即增長速率，則會在粘貼碳纖維復合材數(shù)量不斷增加的情況下而變慢。在針對梁底粘貼了2層高強復合纖維之后，最終所測出的抗彎強度大約有35%的提高，這符合規(guī)范中規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構構件加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度不應超過40%[1]。

粘貼纖維復合材加固鋼筋混凝土試驗梁從加載到破壞大致可分為整體工作階段、裂縫開展階段、鋼筋屈服纖維明顯作用階段和破壞階段[2]。粘貼碳纖維加固法與粘貼鋼板法的加固機理類似，利用樹脂膠結(jié)材料將纖維復合材貼于梁的表面，能夠切實有效的避免結(jié)構出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，同時還能夠避免延伸現(xiàn)象的不斷擴展，有效的提升梁體結(jié)構受力均勻性，從而提高梁的抗彎承載能力，以達到對混凝土梁補強加固及改善結(jié)構受力性能的目的。

2、碳纖維加固設計與案例

2.1工程概況

某鐵路局機關餐廳改造工程中根據(jù)使用單位的需求，對原地上二層職工大餐廳的部分重新劃分功能，分別改造為廚房、間休及輔助用房等。由于地上二層房間使用功能及建筑做法的調(diào)整致使原鋼筋混凝土框架結(jié)構承受的荷載大為增加，原結(jié)構無法完全承擔增加的荷載，需進行加固、改造，但難點在于一層職工食堂在改造施工期間繼續(xù)使用，這就意味著在保障食品加工衛(wèi)生及職工就餐衛(wèi)生的前提下加固一層樓板即二層地板時不能在一層空間中施工，只有在晚間有限的時間內(nèi)能對一層梁板底面進行小范圍加固，為解決此問題，在某些房間不得改變結(jié)構用途的前提下，只有限制二層廚房設備等荷載并通過合理設計盡量減少一層梁底、板底的加固，力爭使構件僅僅在負彎矩區(qū)域承載不足，這樣就可以僅對一層梁頂、板頂就行加固即可以在二層空間開展施工，大大減少對一層的擾動。粘貼纖維復合材加固不僅對混凝土梁有良好的加固效果，碳纖維加固也可以明顯增強鋼筋混凝土板的正截面剛度，減小板的豎向位移[3]。通過比較加固方法的特點最終選則材料輕質(zhì)高強、施工方便的粘貼纖維復合材加固法。

2.2本工程設計思路與流程

設計思路與流程：按照原竣工圖紙用PKPM建模還原結(jié)構，整體模型1→根據(jù)改造后的建筑要求輸入荷載→計算出現(xiàn)在需要的鋼筋用量→對比原結(jié)構配筋判斷需要加固的梁、板位置→根據(jù)鋼筋增量等效換算為碳纖維復合材用量，采用高強度I級碳纖維復合材以及A級膠→繪制加固施工圖紙，例如2-B，2-C軸與2-7軸交界處梁、板的加固。

3、碳纖維加固施工工藝與要求

碳纖維加固混凝土時，需按照施工前期準備→表面處理→涂刷底層樹脂→找平處理→粘貼碳纖維復合材→養(yǎng)護→質(zhì)量檢驗→表面防護的步驟進行施工與實施。施工時應按現(xiàn)行國家和地方有關標準，規(guī)范要求執(zhí)行。

3.1施工環(huán)境

加固施工宜在5～35°C的條件下進行，且相對濕度不要超過70%。

3.2加固施工

（1）被加固結(jié)構的表面必須清潔，清除剝落、疏松、蜂窩等劣化混凝土部分，至露處混凝土結(jié)構層。

（2）結(jié)構表面所有寬度大于0.3mm的裂縫均須用環(huán)氧樹脂灌縫。然后用裂縫修補膠將表面修復平整。

（3）加固混凝土表面應堅實，除去表面浮漿層和油污等雜質(zhì)后打磨平整直至露出混凝土結(jié)構新面，且平整度應達到5mm/m。轉(zhuǎn)角粘貼處要打磨成圓弧狀，圓弧半徑應不小于20mm。

（4）按產(chǎn)品說明書在結(jié)構表面涂刷一層底膠。當?shù)啄z表面指觸干燥后方可進行下道工序，并應及時粘貼碳纖維復合材，按設計要求裁剪纖維織物，嚴謹折疊，涂刷結(jié)構膠黏劑應均勻。

（5）施工質(zhì)量檢驗：碳纖維復合材與混凝土結(jié)構之間的粘結(jié)質(zhì)量可用錘擊法進行檢查，要求總有效粘結(jié)面積大于總粘結(jié)面積的95%。

4、加固效果

碳纖維加固后的房屋通過建筑結(jié)構加固工程施工質(zhì)量驗收，現(xiàn)加固后房屋已恢復使用半年有余，改造的廚房、餐廳運轉(zhuǎn)順利，效果良好。

5、結(jié)語

綜上所述，用碳纖維復合材對受彎構件負彎矩區(qū)進行正截面加固效果明顯，較大的提高了受彎承載能力。高強復合纖維材料所呈現(xiàn)出的結(jié)構加固效果是良好的，其具體的加固效果是隨著纖維復合材使用量的增減而變化，實際上加固時纖維復合材料用量需要進行科學合理的選擇，這主要是由于，在達到一定量的加固纖維材料用量后，所呈現(xiàn)出的加固效果會有所降低。加固效果與經(jīng)濟性進行衡量，成為了一個至關重要的問題，這方面的應用問題必須要引起足夠的重視，只有應用合理性得到控制，才能夠最大限度的保證加固效果的有效性、合理性。

參考文獻

[1]中華人民共和國建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局. GB 50367-2006 混凝土結(jié)構加固設計規(guī)范.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]史麗遠，艾軍，江文明.高強復合玻璃纖維加固鋼筋混凝土梁受彎性能試驗研究[J].工業(yè)建筑，2012（01）

[3]周慶華，吳建平.碳纖維加固鋼筋混凝土板的試驗研究[J].鐵道建筑，2010（08）