淺析碳纖維在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

金佑琴

銅陵鑫銅建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 安徽 銅陵 244000

前言

混凝土結(jié)構(gòu)是建筑結(jié)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)形式之一，而混凝土的結(jié)構(gòu)因?yàn)榇嬖谠O(shè)計(jì)失誤、材料質(zhì)量問題和施工錯(cuò)誤等情況，或者因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的使用功能發(fā)生改變而導(dǎo)致荷載增大，或者結(jié)構(gòu)遭受自然災(zāi)害而使混凝土的構(gòu)件出現(xiàn)損傷，還有爛尾工程等等，都需要對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固后才能使用。加固的方法較多，有加大截面法、外包型鋼法、粘鋼法等等，碳纖維加固是后來發(fā)展起來的一種方式，這里主要分析碳纖維在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用。

1 碳纖維加固的原理

利用碳纖維具有碳材料強(qiáng)度高的特性，用環(huán)氧樹脂沿受拉方向或垂直裂縫方向粘貼碳纖維在要加固的部位，使之與原有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)共同受力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性，來滿足使用要求。

2 碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用范圍

利用碳纖維加固的原理，碳纖維加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用尤為突出。

①主要適用于受彎構(gòu)件，利用其抗拉強(qiáng)度高的特性來補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土的拉彎強(qiáng)度；②對(duì)受壓構(gòu)件加固也有較好的效果，例如鋼筋混凝土柱，主要是利用碳纖維在構(gòu)件四周形成橫向約束，使混凝土柱由軸向受力狀態(tài)變成三向受力狀態(tài)，以阻止混凝土柱的橫向變形，從而提高構(gòu)件抗壓承載力和抗變形的能力。③對(duì)不影響結(jié)構(gòu)安全的混凝土裂縫，能有效封閉裂縫，阻止裂縫的發(fā)展，達(dá)到延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。當(dāng)然，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)剛度不足，構(gòu)件的變形過大，開裂嚴(yán)重而影響使用時(shí)，不適合碳纖維加固，因?yàn)槭褂锰祭w維對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的提高作用很小。④在碳纖維的加固系統(tǒng)內(nèi)，如果結(jié)構(gòu)的黏結(jié)劑處在大于玻璃化的轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，就會(huì)呈現(xiàn)軟化的特征，黏結(jié)劑的性能會(huì)顯著下降，則黏結(jié)劑要嚴(yán)格按照供應(yīng)商所提供溫度要求來使用。現(xiàn)階段，商用的黏結(jié)劑具有玻璃化的轉(zhuǎn)化溫度大約處于60～82℃，混凝土結(jié)構(gòu)一般使用溫度比商用60℃低，因此碳纖維對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固長(zhǎng)期的使用溫度要在60℃之下[1]，不適合高溫環(huán)境、防火要求高的結(jié)構(gòu)中使用。

3 碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)加固的施工工藝

碳纖維加固有布和板材之分，碳纖維布因造價(jià)低更受市場(chǎng)青睞，這里簡(jiǎn)述碳纖維布的施工工藝。

3.1 加固施工前的準(zhǔn)備

為了確保加固質(zhì)量與效果，需要做好施工前的準(zhǔn)備工作。要先對(duì)各個(gè)構(gòu)件的受力情況實(shí)施全面分析，確保對(duì)結(jié)構(gòu)的加固施工對(duì)其他的構(gòu)件不會(huì)造成不利影響，后再對(duì)無關(guān)的構(gòu)件實(shí)施拆卸處理；對(duì)荷載實(shí)施卸除后，再對(duì)基底進(jìn)行處理。如果混凝土存在腐蝕的情況，要對(duì)表層的混凝土除去；若鋼筋存在銹蝕的情況，要對(duì)銹層做好鏟除；對(duì)于混凝土的表面空鼓、蜂窩等現(xiàn)象進(jìn)行清除處理，若清除面積比較大，要通過環(huán)氧砂漿實(shí)施修復(fù)；對(duì)已出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫，要通過全面封閉方式處理，并用角磨機(jī)或者砂紙打磨表面；對(duì)轉(zhuǎn)角的位置，要進(jìn)行圓弧狀的打磨，借助鼓風(fēng)機(jī)對(duì)其表面實(shí)施清理，確保表面具有良好平整度、清潔度，保持表面的干燥性。需注意的是，因?yàn)樘祭w維在混凝土表面粘貼，所需加固的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度對(duì)加固的質(zhì)量至關(guān)重要，所以加固構(gòu)件混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要超過C15，并且其表面正拉的黏結(jié)強(qiáng)度要比1.5N/mm2高。

3.2 涂抹底膠和找平處理

對(duì)基底實(shí)施處理后，先配置底膠，依據(jù)3∶1的比例將主劑、固化劑混合；借助電子秤對(duì)其實(shí)施精確地計(jì)量，確保底膠的配置滿足要求。借助電動(dòng)式攪拌機(jī)對(duì)底膠實(shí)施均勻攪拌，通過滾筒刷對(duì)混凝土的表面進(jìn)行底膠的均勻涂抹，在固化后再實(shí)施下一步的工序。環(huán)氧樹脂類宜在15～28°溫度條件下施工，溫度較低時(shí)可采取加溫措施。底膠配置后的45min之內(nèi)要完成底膠涂抹工作。環(huán)境的濕度對(duì)施工質(zhì)量存在影響，施工現(xiàn)場(chǎng)要保證相對(duì)濕度低于70%。另外，對(duì)底膠涂抹中，對(duì)找平作業(yè)要同時(shí)開展，一旦存在凹陷的位置要及時(shí)修平、打磨，保證后續(xù)施工的有序開展[2]。

3.3 材料的粘貼

在對(duì)碳纖維布的粘貼中，要結(jié)合技術(shù)方案，做好碳纖維材料合理裁剪、粘貼。粘貼前，要對(duì)黏結(jié)劑做好配制，黏結(jié)劑要嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行控制，有條件的最好先做黏結(jié)試驗(yàn)，達(dá)到加固設(shè)計(jì)要求后才對(duì)混凝土的表面進(jìn)行涂抹，厚度要比底膠層厚至少大2mm，防止漏涂的情況，通過刮板實(shí)施刮涂的操作，使膠能夠分布均勻，對(duì)邊緣位置，要對(duì)涂抹量適當(dāng)增加。對(duì)混凝土方柱，要自上而下進(jìn)行纏繞粘貼，確保材料粘貼均勻；對(duì)正截面的構(gòu)件，粘貼材料進(jìn)行合理組合，按照規(guī)范要求，材料要沿纖維的方向進(jìn)行粘貼，且長(zhǎng)度要超過20cm，搭接的長(zhǎng)度要超過10cm，對(duì)梁板結(jié)構(gòu)，一般從梁底開始，從下往上粘貼。完成粘貼后，要通過滾壓的工具對(duì)其表面實(shí)施處理，去除材料內(nèi)部存在的氣泡，使碳纖維能夠和黏結(jié)劑實(shí)現(xiàn)充分接觸。實(shí)際施工中，碳纖維的材料往往多層粘貼，則要求每層的材料需要干燥后方可進(jìn)入下層材料的粘貼，上下層的接頭位置要錯(cuò)開，至少大于20cm，對(duì)碳纖維的材料完成粘貼后，還要做好養(yǎng)護(hù)工作，避免構(gòu)件出現(xiàn)損壞。

4 碳纖維加固與傳統(tǒng)加固方式對(duì)比，具有的優(yōu)勢(shì)：

①不會(huì)對(duì)混凝土原結(jié)構(gòu)造成破壞和損傷，加固基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的尺寸；②施工簡(jiǎn)便，不需要大型的施工設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，時(shí)間短，質(zhì)量容易保證；③碳纖維布本身具有的柔韌性和可纏繞性，更適合狹小、狹窄的部位施工；④環(huán)氧樹脂類黏結(jié)劑具有耐腐蝕、耐久性好的特點(diǎn)，更適合在腐蝕嚴(yán)重的環(huán)境中使用；⑤碳纖維是新型材料，但其價(jià)格較低廉，且加固后不產(chǎn)生維修保養(yǎng)費(fèi)用，加固成本較低，因此在經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)更好[3]。

5 結(jié)束語

綜上所述，碳纖維具有顯著的特點(diǎn)，在混凝土結(jié)構(gòu)加固中得到了廣泛使用，其和傳統(tǒng)的加固方式對(duì)比具有較多的優(yōu)勢(shì)。為了充分發(fā)揮碳纖維在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用效果，在實(shí)踐施工應(yīng)用中還需要加強(qiáng)對(duì)此技術(shù)要點(diǎn)和規(guī)范的把握，確保施工的規(guī)范性和科學(xué)性，切實(shí)達(dá)到加固的目的，來滿足使用要求。