碳纖維材料加固技術(shù)在工業(yè)建筑中應(yīng)用

孫繼川

（唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北 唐山 063305）

碳纖維材料加固技術(shù)在工業(yè)建筑中應(yīng)用

孫繼川

（唐山三友遠(yuǎn)達(dá)纖維有限公司，河北 唐山 063305）

本文結(jié)合工程實(shí)例 ，介紹了碳纖維材料加固技術(shù)特點(diǎn)、加固施工措施及其應(yīng)用效果，具有明顯的科學(xué)性 ，也更能保證質(zhì)量。

碳纖維材料；加固技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)；工程應(yīng)用

碳纖維材料因其它的抗拉強(qiáng)度是普通鋼的10倍，而彈性模量是普通鋼的1～2倍，再加上能夠長(zhǎng)時(shí)間維持良好的施工性能，成為了加固修復(fù)材料的優(yōu)選替代品。所以在工業(yè)建筑實(shí)際應(yīng)用中，它一般和配套樹脂在混凝土加固技術(shù)中是兩種最常用的材料，在對(duì)建筑物進(jìn)行修補(bǔ)加固時(shí)候具有施工簡(jiǎn)單、質(zhì)量容易保證、施工周期短、超強(qiáng)防水等特點(diǎn)，除此之外還有耐久性，耐酸、耐堿等抗侵蝕的能力。由于樹脂是能流動(dòng)的，所以其產(chǎn)品不受形狀的限制，是比較柔軟的，可以隨意著色達(dá)到建筑美學(xué)要求，效果比較好。另外，碳纖維材料的基本特性要實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固可以選取碳纖維片材，這樣的材料主要是使用強(qiáng)度比較好、彈性比較高的連續(xù)碳纖維材料，這種碳纖維材料呈單向排列成束，再使用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

1 碳纖維材料加固設(shè)計(jì)原則

一般地，在工業(yè)建筑中碳纖維材料的加固設(shè)計(jì)我們通常采取沿與構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維，主要目的是實(shí)現(xiàn)碳纖維與箍筋共同分擔(dān)剪力以提高構(gòu)件的抗剪承載力，另外是要實(shí)現(xiàn)沿與構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維布以改善加固部位的延性，提高其抗震性能以及提高構(gòu)件的抗彎能力。表1是碳纖維材料與其他傳統(tǒng)的加固方法技術(shù)的比較。所以來看，利用碳纖維材料優(yōu)異的力學(xué)性能，通過約束混凝土的形式，改變?cè)Y(jié)構(gòu)在地震反復(fù)荷載作用下的變形能力，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。

2 碳纖維材料加固設(shè)計(jì)應(yīng)用

隨著經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展和進(jìn)步，我國(guó)對(duì)碳纖維材料的加固技術(shù)在工業(yè)建筑實(shí)際工程項(xiàng)目中的應(yīng)用還是比較多的，主要用于鋼筋混凝土梁的抗彎、抗剪加固、柱的抗震加固，以及樓面板的加固。它不但可以加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還對(duì)砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等也是可以的。

2.1 注意事項(xiàng)。在加固中對(duì)涂刷找平時(shí)候需要注意的是，找平材料應(yīng)該選取與底膠相同的調(diào)制，涂刷時(shí)要用滾筒將底膠涂刷的均勻，并且要無遺漏的仔細(xì)的涂刷在所需要補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件的混凝土表面，涂刷的邊界應(yīng)大于所粘貼的碳纖維復(fù)合材料的邊界。等到底膠干燥后，再檢查表面，如發(fā)現(xiàn)有缺損、凹凸等，用找平膠刮、填修補(bǔ)。在底膠凝結(jié)構(gòu)以后，應(yīng)檢查其表面有無凹凸不平，如果有就用砂紙打磨光滑。在養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)應(yīng)該在24h之后進(jìn)行。施工完畢后應(yīng)確保不要受到為例外界干擾和沖擊。

表1

2.2 施工加固措施。首先要遵循表面處理→涂刷底膠→修補(bǔ)找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護(hù)→檢驗(yàn)的施工工藝。其次是在干凈的碳纖維板上涂刷厚度不小于2mm的粘結(jié)樹脂，再把這個(gè)碳纖維板用手平穩(wěn)壓實(shí)，確保樹脂從兩邊溢出。如果是平行粘貼多條碳纖維板時(shí)，它們兩板間空隙應(yīng)不小于5mm。第二，清除被加固的構(gòu)件混凝土表面的缺陷混凝土及對(duì)混凝土構(gòu)件表面存在較大的凸起用混凝土磨片打磨處理。第三，施工時(shí)要保證溫度要求大于5℃、小于35℃，而且構(gòu)件混凝土外表面的含水率小于等于4%、相對(duì)濕度要小于85%。

2.3 混凝土處理。在施工之前要把混凝土基面打磨，露出完整的混凝土結(jié)構(gòu)層；對(duì)屋架桿件的轉(zhuǎn)角處施工時(shí)候必須打磨成R≥150 mm的圓弧，同時(shí)用整平材料處理平滑；在冬季氣溫較低時(shí)施工，要先對(duì)混凝土表面進(jìn)行預(yù)熱再粘貼碳纖維，施工過程中要確保粘貼部位的溫度在5℃以上。

2.4 屋架端腹桿施工。先用加固量ρcfs代入本構(gòu)關(guān)系，求出峰值應(yīng)力σp，最后經(jīng)復(fù)核在這種加固方式下R/γoS滿足要求。考慮在端部下弦節(jié)點(diǎn)處沿水平和豎直兩個(gè)方向各纏繞兩層碳纖維，這樣可以彌補(bǔ)配箍量的不足，

2.5 屋架下弦桿件施工。在下弦底面通長(zhǎng)粘貼一層碳纖維即可滿足承載力要求，由于在兩端節(jié)點(diǎn)處四面纏繞了碳纖維，使得碳纖維能發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度高的特點(diǎn)，增加下弦桿的抗拉承載能力，提高了下弦桿件的耐久性，達(dá)到了雙重補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。

2.6 案例分析。我們以某化工企業(yè)廠房設(shè)計(jì)來說。為不增加樓板的荷載，我們?cè)谠O(shè)計(jì)的底部加了一個(gè)鋼梁底座，目的是把荷載傳遞到四周的混凝土梁上，經(jīng)過分析需要對(duì)梁體進(jìn)行加固。具體圖示如圖2所示。

這樣達(dá)到了用加固混凝土梁來提高抗彎能力和抗剪的能力，效果很明顯。

[1]宋曉勝，劉濤.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的有限元分析方法[J].港工技術(shù)，2004（03）.

[2]賈軍波，呂令毅，賈志斌.碳纖維材料加固技術(shù)的應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2001（04）.

[3]吳方志.FRP復(fù)合材料在土建結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用與推廣[J].福建建筑，2001（S1）.

TU746.3

A

10.13612/j.cnki.cntp.2015.18.259