淺談碳纖維加固技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及施工工藝

姚天敬

（廣東三把鎖建筑有限公司）

淺談碳纖維加固技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用及施工工藝

姚天敬

（廣東三把鎖建筑有限公司）

隨著建筑企業(yè)的飛速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)施工技術(shù)也有了突破性的進(jìn)展。在土木工程領(lǐng)域，碳纖維增強(qiáng)聚合物作為新型的高強(qiáng)度材料，具有高效、便捷、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。在碳纖維加勁塑料大量生產(chǎn)的同時(shí)，價(jià)格有所下滑，用碳纖維加勁塑料作為外貼加固材料已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)。本文將對(duì)碳纖維加固技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，并對(duì)施工工藝進(jìn)行簡單的闡述，以期進(jìn)一步推廣碳纖維加固技術(shù)的應(yīng)用范圍。

碳纖維；加固技術(shù)；建筑結(jié)構(gòu)；應(yīng)用；施工工藝

碳纖維加固技術(shù)通過改進(jìn)環(huán)氧樹脂類膠結(jié)材料，將碳纖維片貼于混凝土表面，從而改善建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，具有加固和補(bǔ)強(qiáng)的作用。該項(xiàng)技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)得到了良好的運(yùn)用，我國在20世紀(jì)90年代才引入此項(xiàng)技術(shù)，并將其應(yīng)用到建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，雖然取得了一定的成效，但還欠缺理論支撐。因此，對(duì)碳纖維加固技術(shù)進(jìn)行研究，為豐富理論內(nèi)容提供材料。

1 碳纖維材料基本特征

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料能夠起到補(bǔ)強(qiáng)加固的作用，高強(qiáng)度和高彈性的連續(xù)碳纖維，單排成束，經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸漬成的碳纖維板或未浸漬固化的碳纖維布，都屬于碳纖維片材，將片材黏貼在建筑結(jié)構(gòu)的某一部分上，可以有效提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪能力，對(duì)于提高工程質(zhì)量以及工程使用壽命具有重要的作用。

1.1 碳纖維片材

一般，碳纖維片材的拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到2400～3400MPa，與普通的碳素鋼板的拉伸強(qiáng)度相比，要遠(yuǎn)超出其承載能力，這對(duì)于提升建筑結(jié)構(gòu)的承載能力具有重要的作用[1]。片材碳纖維次的片材彈性模量主要由片材的力學(xué)性能決定的，可分為超高、高和中等模量三類。相比之下，碳纖維片材的單位重量要較普通的鋼材輕許多，這也大大減輕了建筑結(jié)構(gòu)的承重壓力。因碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以，不易受到鹽酸以及化學(xué)介質(zhì)侵蝕，具有良好的耐寒和耐熱性。

1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料

混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括用于形成穩(wěn)定界面，透過混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)的底層涂料，填充表面空隙的油灰。

2 混凝土板、梁加固方法

2.1 增大截面加固方法

在對(duì)混凝土板梁承重試驗(yàn)后可以看出，其與實(shí)際要求有很大的差異，因此，采用增大截面法提高建筑結(jié)構(gòu)的承重能力。進(jìn)行加固設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)構(gòu)建的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)條件等選取一面、雙面或三面（如圖1）澆筑混凝土，以增大原截面面積，為了增強(qiáng)截面的承載能力，可在澆筑混凝土之前加入鋼筋。

在實(shí)際工程建筑過程中，對(duì)梁、板構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)澆混凝土的現(xiàn)象十分常見，其對(duì)提升構(gòu)件的抗彎承載能力具有顯著的效果[2]。因整體施工比單體疊加效果更為明顯，所以，在采用增大截面提升構(gòu)件承載能力時(shí)，為了保證新澆灌的混凝土不影響整體施工，需要采用必要的構(gòu)造措施和施工工藝。

圖1 單側(cè)補(bǔ)澆混凝土加固梁

2.2 粘鋼加固法

利用環(huán)氧樹脂的黏性用于粘結(jié)鋼板與混凝土表面，以提高土梁受拉面的承重能力，已經(jīng)在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了良好的應(yīng)用，隨著各種性能良好的抗彎材料的運(yùn)用，建筑構(gòu)造架構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用范圍也隨之?dāng)U大。碳纖維片材在建筑結(jié)構(gòu)承重力改善方面已經(jīng)取得了良好的成效，與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

圖2 梁下、梁上粘鋼加固技術(shù)

2.3 增補(bǔ)受拉鋼筋法

在梁構(gòu)件抗拉強(qiáng)度無法滿足建筑承重能力的同時(shí)，抗剪承載力、截面尺寸能夠滿足建筑要求時(shí)，可采用增補(bǔ)受拉鋼筋加固法，只要在原梁的受拉部位放置適當(dāng)?shù)匿摻?，將其焊接到原受拉鋼筋上就可以（見圖3）。

3 碳纖維材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

碳纖維材料加固技術(shù)在各種類型的建筑體當(dāng)中都能良好的運(yùn)用，例如，對(duì)公路橋墩結(jié)構(gòu)加固、梁柱構(gòu)建抗剪加固、樓宇增層加固等，都能起到良好的作用[3]。在加固施工過程中，相較于鋼材料加固，具有施工方面，不影響建筑外觀等優(yōu)點(diǎn)，而且補(bǔ)強(qiáng)、加固效果明顯，還有效抗紫外線以及抗環(huán)境老化功能。

圖3 增補(bǔ)受拉鋼筋加固梁

4 碳纖維布加固施工工藝

（1）現(xiàn)將已經(jīng)被腐蝕的屋架下弦的混凝土去掉，查看里面埋藏的鋼筋是否有生銹，若生銹，需將上面的銹層鏟掉，以免影響后續(xù)施工。

（2）補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁：選用SJ-601防腐砂漿補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁，若鑿除的面積較大，需要利用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)，養(yǎng)護(hù)之后需要晾曬3d，才能進(jìn)行下一步的加固施工。

（3）利用壓縮空氣清除掉修復(fù)層的粉塵，然后再用混凝土角磨機(jī)、砂紙等工具將混凝土表面的浮漿等雜質(zhì)去除干凈，構(gòu)件表面要平整，用丙酮將需要黏貼的構(gòu)件部分清理干凈。

（4）涂底膠：將甲乙JGN膠按照3：1的比重分配好，并調(diào)勻混好，用刮板將其均勻地涂抹在屋架底面，待固化之后，進(jìn)行下一步施工，但要注意，調(diào)好的底膠需要在規(guī)定的40min內(nèi)用完，以免在空氣中氧化凝固，失去效用。

（5）找平：在結(jié)束上一道工序之后，需要對(duì)混凝土凹陷部位用補(bǔ)澆填平，以盡量減少維護(hù)工作產(chǎn)生的建筑體高度差。

（6）黏貼碳纖維布：將事先調(diào)勻的JGN-C膠用刮板均勻涂抹在需要黏貼碳纖維布的底膠上，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求將已裁好的碳纖維布黏貼到預(yù)定位置處，之后用專用的滾子來回滾壓，按壓出里面的氣泡，以使兩者的黏連更加穩(wěn)固。

一段時(shí)間后，用手指輕觸按壓，檢查是否完全干燥，確定干燥后，再二次將碳纖維板粘貼上去，方法同上[4]。但要注意，兩個(gè)碳纖維板的搭接要留出1cm的長度，端部用橫向碳纖維板固定。

（7）兩層碳纖維板都黏貼到固定位置處后，待其全部干燥后，在最上層涂一層JGN-C面膠，用專用的滾子來回滾動(dòng)，使其充分地滲透到碳纖維布中去。待干燥后，在其表面涂上防護(hù)層。

5 施工注意要點(diǎn)

（1）處理好混凝土與碳纖維布界面，以免影響到混凝土梁的加固效果。通常，在加固施工過程中，需要將建筑構(gòu)件加固部分打磨平整，去除變質(zhì)的混凝土，對(duì)于凹陷部位要用修補(bǔ)膠填平。

（2）在粘貼碳纖維布的過程中，若粘貼的面積小，一人操作即可，若粘貼的范圍大，為了保證碳纖維布粘貼平整，需要兩人配合完成粘貼工作[5]。粘貼時(shí)，一人用刮板從一端邊按碳纖維布，邊用滾子滾壓，以免里面存有氣泡，影響粘合度。

（3）注意搭接粘貼，要留出1.5cm的搭接長度

在施工前，要選出質(zhì)量合格的粘結(jié)劑，通過查看產(chǎn)品標(biāo)識(shí)以及質(zhì)量保證書等，確定粘結(jié)劑的強(qiáng)度，為保證碳纖維布與建筑加固構(gòu)件之間能夠很好地粘貼到一起，起到良好的抗彎、抗剪功能[6]。在施工過程中，需要按照產(chǎn)品配比說明，進(jìn)行面膠制配，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)將膠均勻涂抹在構(gòu)件加固部位，以免影響面膠的使用效果。

6 結(jié)束語

碳纖維加固技術(shù)在建筑構(gòu)件強(qiáng)化中已經(jīng)得到了良好的應(yīng)用，并且為建筑企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在確保工程安全的情況下，碳纖維加固技術(shù)因重量輕，所以，僅架設(shè)架手架就能操作，而且裁剪十分方便，可以根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求隨意變更，可操作性強(qiáng)，這也正符合我公司的企業(yè)價(jià)值觀的要求：通過科技引進(jìn)、高效合作、精細(xì)化管理，實(shí)現(xiàn)建筑物性價(jià)比最大化。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑企業(yè)不僅要追求經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)還要樹立品牌形象，而確保建筑安全尤為重要，所以，積極采用新型高效的建筑施工方法，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以提升其抵抗自然災(zāi)害的能力，為保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全提供有力支撐。

[1]單麗萍.碳纖維布在建筑結(jié)構(gòu)加固中的施工措施淺析[J].民營科技，2012，2（8）：292.

[2]陸文燦.論粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的原理及施工工藝[J].科學(xué)與財(cái)富，2013，26（7）：517，518.

[3]孫 明.碳纖維在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].科技信息，2012，6（14）：367～368.

[4]孫繼川.碳纖維材料加固技術(shù)在工業(yè)建筑中應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，31（18）：135.

[5]張春林，徐 華.碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2014，40（11）：53～54.

[6]畢國強(qiáng).碳纖維復(fù)合材料（CFRP）在建筑物加固中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè)（中旬刊），2014，11（5）：38～40.

TU746.3

A

1673-0038（2015）52-0014-02

收稿日期：2015-12-13

姚天敬（1974-），男，助理工程師，本科，主要從事建筑施工工作。