碳纖維在混凝土水池工程中的應用

劉克廳

【摘 要】碳纖維，是一種高強度新型纖維材料，含碳量高，外柔內(nèi)剛，單位質(zhì)量比重與鋼材相比較輕4倍，但強度卻高于鋼鐵很多倍，并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國防軍工和民用方面都是重要材料，目前我國沿海最大的風力發(fā)電機葉片就是采用這種材料施工而成。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又具備紡織纖維的柔軟，是新一代增強纖維，在民用建筑方面也得到了廣泛的推廣。

【關鍵詞】碳纖維；混凝土水池；加固；

Abstract： carbon fiber， Is a kind of new fiber material， high strength，High carbon content， Velvet glove. Unit 4 times compared with steel light quality，but Strength is many times higher than that of steel ，And has the characteristics of corrosion resistance， high modulus， In the aspect of national defense and civil Is important material ，At present， China's largest coastal wind turbine blade using this material 。It not only has natural intrinsic characteristics of carbon materials，And has the textile fiber soft， Is a new generation of reinforcing fiber ，In the aspect of civil construction also has been widely promoted

Key word：Carbon fiber； Industrial buildings， strengthening；

在很多大型混凝土池構(gòu)筑物中，經(jīng)常性會出現(xiàn)池壁、池底開裂現(xiàn)象，池中液體就會通過裂縫泄露，造成池內(nèi)液面減少，當?shù)赝临|(zhì)、水質(zhì)受到環(huán)境污染和威脅。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因分析大致可以分為以下幾種：1、池底和池壁產(chǎn)生內(nèi)部物理應力，主要是由于面積太大，澆筑沒有分塊澆筑，在水泥固化收縮條件下或產(chǎn)生熱脹冷縮的物理效應出現(xiàn)的裂縫；2、池底、池壁在外作用力下產(chǎn)生的裂縫；出現(xiàn)這種原因主要是由于池內(nèi)液體對池壁產(chǎn)生的推力大于池壁設計的抗剪能力；3、大面積底板設計分塊受力，但在分塊澆筑施工時結(jié)合部位的導力桿沒有完全與底板隔離，產(chǎn)生較大的約束力產(chǎn)生裂縫或局部破壞。4、池底土質(zhì)不良不均勻沉降造成的沉降裂縫。

目前出現(xiàn)裂縫修補加固的方法大多是澆筑混凝土增強帶、瀝青灌縫、密封膠封補、涂刷抗?jié)B水泥結(jié)晶、聚氨酯防水涂料、高壓注漿或注環(huán)氧樹脂膠，填充膨脹性材料等，以上幾種方法雖能有效的防治池內(nèi)液體滲漏，但是對于結(jié)構(gòu)裂縫或因設計承載力不足造成了裂縫往往是治標不治本，不能起到約束裂縫的發(fā)展和止水防漏作用，即便采用高壓灌注強度比較高的填充料也只僅僅是對局部混凝土的加強，只能單純的針對土質(zhì)地基局部下沉起到效果。在選擇涂刷防水材料時，由于混凝土池內(nèi)液體可能會對修補材料產(chǎn)生一定腐蝕，因而在防水材料的選擇方面也存在一定的局限性。

碳纖維對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹，耐蝕性出類拔萃，完全不存在生銹的問題，除此之外還具有耐油性，幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優(yōu)異性能。由于碳纖維具有較好的耐腐蝕性，又不會對池中液體產(chǎn)生污染，所以在對于水池裂縫和加固采用碳纖維是一個絕對正確的選擇，

FRP在工業(yè)混凝土池的運用主要有三個方面，一對于設計少筋或施工漏放鋼筋，混凝土澆筑質(zhì)量缺陷致使池壁水平抗剪能力達不到使用要求進行加固；第二種是對裂縫進行止水防漏，第三種是在大型混凝土底板分隔縫處取代導力桿（傳力桿）的技術創(chuàng)新。FRP加固的原理就是包裹混凝土受力構(gòu)件產(chǎn)生有效的約束應力，極大的改善了混凝土的變形能力同時限制裂縫的擴大與延伸。碳纖維加固或止水施工做法相同，下面我就具體操作工藝簡述如下：

加固方案的選擇與設計——裂縫處切割打磨——基層清理——配制并涂刷底膠——配制找平膠批刮找平——配制浸漬膠——貼碳纖維布——外批刮裝飾結(jié)合層——固化養(yǎng)護——質(zhì)量檢驗

1.1加固方案的選擇與設計

碳纖維加固方案要考慮池壁的受力形式確定，目前加固方式有“井”字加固法，平行加固法，滿粘法、以上應經(jīng)過具有設計資質(zhì)的單位對受力驗算之后進行選擇。

1.2施工準備工作：

準備好切割機，角磨機、鏟刀、掃把、空壓機、涂料滾筒等工具，碳纖維、粘接所用膠水A、B組分應分開存放，避免混雜，所用材料運輸途中不得雨淋、暴曬、倒置，使用前應檢查膠水有無超出儲藏期限。碳纖維布要密封保存，不得進行污染和彎折，運輸途中要采取必要的保護措施避免發(fā)生磕碰。

1.3基層裂縫的處理：

首先將不規(guī)則的裂縫或細小的裂縫進去切割，對于混凝土剝落、蜂窩、空鼓的混凝土進行剔鑿，對于較大劣質(zhì)混凝土剔鑿后采用環(huán)氧砂漿進行修復，混凝土表面凸起部位及污垢采用角磨機進行打磨清理，粘貼處陰陽角要修復成R=60mm圓弧狀，然后對剔鑿、打磨之處清理表面建筑垃圾，并用空壓機對不易清理的垃圾和細小粉塵進行清理。

1.4基層修補的施工：

對混凝土表面進行修補主要是對凹陷之處采用環(huán)氧砂漿進行找平，修補砂漿的配置方法按說明書操作即可，水灰比要控制精確，混凝土表面凹凸較小的面層應環(huán)氧膩子分層找補修整，以使碳纖維更有效的與基層進行粘接，不產(chǎn)生矢量為準。

等砂漿干燥后進行基層膠水涂刷，膠水的配置要在施工環(huán)境通風干燥狀態(tài)下進行，施工環(huán)境溫度不低于5℃。為保證甲、乙兩組份混合均勻，應采用機械攪拌，使用前必須根據(jù)環(huán)境、溫度和工藝條件進行膠的試驗調(diào)制，以確定最佳配比。膠水配置完后及時采用滾筒、毛刷對基層進行涂刷，涂刷粘貼面要潔凈，涂刷膠水厚度要均勻，不得出現(xiàn)露底、流墜現(xiàn)象。底膠涂刷完后須等膠液初凝后才能進行下一道工序

1.5碳纖維粘接的施工：

首先根據(jù)構(gòu)件的長度、粘接的部位進行放樣，確定碳纖維片長度，然后對碳纖維布展開量測進行裁剪，裁剪時避免碳纖維片彎折損壞。將事先配置好的浸漬膠采用滾筒進行滾涂，涂刷厚度均勻，不得露底、不流溢為宜。將已裁剪好的碳纖維片一端進行固定粘接，向另一端逐步延伸粘接壓實，使中間膠水溢出排除氣泡、采用滾筒來回滾壓3-5遍，使碳纖維布完全浸透，完工后粘接的碳纖維片應順直，不得存在傾斜、起皺現(xiàn)象。如設計成多層粘貼，應按上述步驟重復進行。

1.6碳纖維的養(yǎng)護

粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護1-2小時達到初期固化，保證固化期間不受外界干擾和碰撞。當施工環(huán)境溫度在20℃時3天即可達到設計強度。達到強度后表面涂刷面層結(jié)合膠后再進行其他裝飾材料的施工。

1.7施工操作注意事項：

1、碳纖維是一種導電材料，施工時應注意防止觸電；

2、碳纖維在運輸、儲存、施工過程中，避免彎折和碰撞；

3、應在干燥、通風環(huán)境下進行施工；

4、環(huán)氧樹脂膠水不慎濺入眼睛應及時就醫(yī)；

以上是對混凝土水池裂縫采用碳纖維加固的工藝進行簡單的闡述。在建筑工程其他加固中，碳纖維一種新型材料的出現(xiàn)也是一個亮點，無論是在旨度、剛度、重度、疲勞特性等在有嚴格要求的領域都能展示它獨特的風采?，F(xiàn)在已廣泛用于民用建筑加固工程中。此外在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維能夠耐受3000度以上的高溫，具有突出的耐熱性能，也開始在鍋爐、高大煙囪加固工程中得到較好的應用。