混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維加固施工技術(shù)

柳中革

摘要：大多數(shù)建筑物隨著社會的發(fā)展和時間的流逝，會因老化、損壞、災(zāi)害等造成使用性能下降，或因使用功能改變、技術(shù)落后而無法滿足繼續(xù)使用的要求。這時應(yīng)根據(jù)實際情況對其進行加固或改造處理，以滿足不同的使用要求，本文僅就粘貼碳纖維加固法應(yīng)用闡述幾點認識。

關(guān)鍵詞：碳纖維；加固；膠粘劑

引言

碳纖維是一種含碳量在95%以上，高強度、高模量的新型纖維材料，具有耐腐蝕、耐高溫、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等特點，抗拉強度是常用建筑材料鋼筋的十幾倍。將其應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)中，碳纖維通過環(huán)氧樹脂粘結(jié)在混凝土結(jié)構(gòu)表面，使碳纖維材料與原來混凝土結(jié)構(gòu)融為一體，利用碳纖維強抗拉性能增強了混凝土結(jié)構(gòu)的承載力。

1按照加固中所應(yīng)用的技術(shù)方法與手段分類

加大截面加固法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、改變結(jié)構(gòu)傳力途徑加固法、裂縫灌注修加固法、粘貼纖維加固法、粘鋼加固法等。粘貼纖維加固法是指采用粘貼型膠粘劑，將纖維增強復(fù)合材料粘貼于原構(gòu)件的混凝土表面，使之形成具有整體性的復(fù)合截面，以提高承載力和延性的直接加固法。纖維主要有增強塑料、玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等，粘貼纖維加固法與粘貼鋼板加固法的優(yōu)點相似，施工方法相對簡單、應(yīng)用范圍比較廣泛，同時還具有耐腐、耐潮濕、增加結(jié)構(gòu)自重小、耐用、維護費用低等特點，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)和一般構(gòu)筑物構(gòu)件的加固，在維持原有結(jié)構(gòu)狀態(tài)的同時，滿足業(yè)主對建筑物追求有效使用空間及外觀的要求。缺點是由于纖維材料直至拉斷時均表現(xiàn)為線彈性性質(zhì)，且拉斷時呈明顯的脆性，應(yīng)避免用于混凝土強度低于C20級結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固，需要專門的防火處理。

2碳纖維的適用范圍

碳纖維是國民經(jīng)濟和國防軍工中重要的戰(zhàn)略物資，隨著碳纖維技術(shù)的發(fā)展和進步，碳纖維材料應(yīng)用在航天航空、機械、化工、電子、體育、建筑等各個領(lǐng)域。碳纖維加固應(yīng)用在建筑工程中，適用橋梁隧道、民用建筑的混凝土梁、柱、剪力墻結(jié)構(gòu)、襯砌、罐體等各種建筑結(jié)構(gòu)形狀、建筑類型和各種結(jié)構(gòu)部位。

3受力分析

根據(jù)GB50367-2013，碳纖維加固適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構(gòu)件，其應(yīng)用方式一般為在受拉區(qū)表面粘貼碳纖維，纖維方向與受拉方向一致；但碳纖維加固不適用于素混凝土構(gòu)件，也不適用于縱向受力鋼筋配筋率低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2010規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固。從本人實際工程加固體驗看，碳纖維加固對結(jié)構(gòu)的承載力不能夠大幅提高，對梁的受彎、受剪承載力提高較直接，對柱的受剪承載力也有一定提高但對柱子的壓彎承載力提高不明顯，且規(guī)范GB50367中也明確規(guī)定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度不應(yīng)超過40%，并且應(yīng)驗算其正截面受剪承載力，避免因受彎承載力提高后而導(dǎo)致構(gòu)件受剪破壞先于受彎破壞。如果結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力差得很多，就應(yīng)采用其他的加固方法。所以在一個全面加固的工程中，常常采用幾種加固方法相結(jié)合，使不同的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固達到最佳的受力狀態(tài)。

4.碳纖維加固工藝流程及施工方法

4.1工藝流程

碳纖維加固工藝流程大致為：混凝土表面處理→涂底層樹脂→找平→涂導(dǎo)線浸漬樹脂→粘貼碳纖維布→養(yǎng)護→涂裝→加固工程驗收。

4.2施工方法

4.2.1混凝土表面處理

碳纖維加固施工前，必須對混凝土表面進行處理卸去部分荷載，讓碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)承受荷載減少到最小。混凝土表面處理遵守以下幾點：

1）混凝土裂縫。如果混凝土裂縫寬度小于0.2mm，則用環(huán)氧樹脂對表面進行涂抹封閉；如果混凝土裂縫大于0.2mm，則用環(huán)氧樹脂灌注裂縫。2）清理混凝土表面破損和殘缺的部位，讓混凝土表面保持平整。3）檢查混凝土結(jié)構(gòu)外部鋼筋是否有腐蝕的現(xiàn)象，如果有腐蝕立即進行處理。4）對清除、剔鑿、漏筋構(gòu)件的破損部位，用環(huán)氧砂漿進行修補，讓構(gòu)件表面保持平整。5）混凝土結(jié)構(gòu)表面凸出的部分要剔除，打磨平整。對棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑必須大于30mm。6）混凝土表面修復(fù)平整以后，用吹風(fēng)機吹干凈表面的灰塵，并用水和酒精清潔表面，讓表面保持干燥。

4.2.2涂底層樹脂

首先將涂料按比例配置好，然后用滾筒刷均勻的將底層涂料涂刷在混凝土表面，等樹脂涂料干燥以后才能進行下一步施工。底層樹脂涂抹干燥以后，部分表面會出現(xiàn)凸起的現(xiàn)象，用砂布磨平。

4.2.3找平

用整平膠料找平，混凝土表面凹陷部位用膠料修補平整，在模板接頭等高差大的地方用整平膠料填補。其次對混凝土材料的轉(zhuǎn)角處進行處理，轉(zhuǎn)角處用整平膠料修補，將其修補成為一個光滑的圓弧，其半徑不小于10mm，整平膠料固化干燥以后才能進行下一步的施工。整平膠料的固化時間根據(jù)施工環(huán)境溫度確定，一般大于3h。

4.2.4涂導(dǎo)線浸漬樹脂

浸漬樹脂是整個加固混凝土的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是連接底膠和碳纖維布的關(guān)鍵材料。通過浸漬樹脂，將碳纖維布粘貼在混凝土表面，經(jīng)過碾壓以后，讓浸漬樹脂浸透到碳纖維中，讓其形成一個整體，共同抵御外力。浸漬樹脂必須具有良好的滲透性和粘合力，確保碳纖維材料與混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合成受力整體，從而達到加固的目的。

5質(zhì)量控制要點

粘貼碳纖維片的時候，碳纖維片要大于原來混凝土結(jié)構(gòu)的面積，但是粘貼的位置與設(shè)計位置的偏差不能太大，控制在10mm以內(nèi)。施工以后要對碳纖維片材與混凝土結(jié)構(gòu)粘貼的質(zhì)量進行檢查，輕輕按壓或者用小錘子敲打粘接好的材料表面，粘接材料的有效面積不能少于95%，如果粘接材料的空鼓面積大于10000mm，則要將空鼓面積全部切除，然后重新粘接材料。如果小于10000mm，則可以直接在空鼓內(nèi)注射樹脂。碳纖維具有導(dǎo)電性，所以要遠離電源和電氣設(shè)備，與其配套的樹脂要密封處理，避免陽光直射，并遠離火源。

6碳纖維加固法施工注意事項

6.1施工準(zhǔn)備

施工前應(yīng)對粘貼部位混凝土構(gòu)件表層含水率及所在環(huán)境溫度進行測量，若表層含水率大于4%或環(huán)境溫度小于50℃，則應(yīng)采取措施降低構(gòu)件表層含水率，達到要求后方可施工。施工前應(yīng)按設(shè)計圖紙在加固部位放線定位。

6.2表面處理

應(yīng)清除加固構(gòu)件表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化的部分，至露出混凝土結(jié)構(gòu)層，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件破裂、缺角處應(yīng)補平，確認混凝土表面平整度達到5mm/m；轉(zhuǎn)角處磨成弧狀（曲率半徑R=20mm），最后用強力吹風(fēng)機或吸塵器將表面粉塵徹底清除并用丙酮擦凈保持干燥。

6.3按照設(shè)計要求的尺寸

（一般寬度有100mm、150mm、200mm或更寬）裁剪碳纖維布，要求剪裁后的布邊緣平直順滑，不得有凹凸缺角。按照產(chǎn)品供應(yīng)商提供的工藝要求配置膠粘劑，膠粘劑攪拌混合須均勻，并均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面上，不垂流，并根據(jù)產(chǎn)品說明掌握膠粘劑的硬化時效。

結(jié)語

碳纖維材料具有高彈性模量、高抗拉強度以及耐腐蝕性等優(yōu)點，將其運用在混凝土加固結(jié)構(gòu)中，施工方便，能夠適應(yīng)各種各種結(jié)構(gòu)的修補，并封閉混凝土裂縫，在不增加混凝土結(jié)構(gòu)自重的情況下，提高混凝土的抗震、抗剪切力。

參考文獻

[1]陸建偉.FRP抗彎加固鋼筋混凝土梁的可靠度研究[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2017.

[2]趙夢強.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的力學(xué)性能研究[D].合肥：安徽建筑大學(xué)，2017.

[3]吳春建.采用不同方法加固的鋼筋混凝土梁可靠性分析[D].沈陽：沈陽航空航天大學(xué)，2018.

（作者單位：北京北方聯(lián)馳工程技術(shù)有限公司）