碳纖維加固在混凝土結構裝修改造工程中的應用

戴鋒華

摘要：粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。本文主要介紹碳纖維的施工工藝、在施工過程中的技術控制措施以及碳釬維加固的優(yōu)缺點。

關鍵詞：碳纖維布；基層處理；工藝與質(zhì)量控制

中圖分類號：TV383文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）11-0129-02

我國自建國以來，特別是自20世紀70 年代末實行改革開放以后，各種房屋建筑以及城市設施數(shù)量急劇增加。據(jù)有關部門統(tǒng)計，目前我國現(xiàn)存的各種建（構）筑物的總面積至少在100 億m2以上，其中絕大多數(shù)是混凝土及砌體結構。建國初期建造的大量的工業(yè)與民用建筑，服役期大都超過50年，存在各種安全隱患。對于這些建筑物，如果不及時采取加固措施，就有可能導致重大的安全事故。近年來出現(xiàn)的一些新加固技術，如粘貼纖維復合材料加固法，這一技術從一開始引進和出現(xiàn)在國內(nèi)，就以它優(yōu)異的性能、特點和加固效果得到了工程界的關注和青睞。下面著重介紹粘貼碳纖維材料加固法：

一、工程概況

北京市北京鐵路總醫(yī)院病房樓改造工程，該建筑建于20世紀50年代，地下一層、地上五層。結構體系采用磚混結構，現(xiàn)澆混凝土樓板，在1996年改造中做過加固處理，但只采用部分加固：增加部分抗震橫墻，墻體兩側(cè)加鋼筋網(wǎng)水泥砂漿、混凝土面層的加固方案。

（一）施工工藝和質(zhì)量控制點

碳纖維加固機理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結劑粘結于混凝土構件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。

1．施工順序

卸荷——混凝土基底處理——涂底層底膠——找平膠找平——貼碳纖維片——養(yǎng)護。

2．施工過程中應注意的問題

（1）加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。將應拆除的輕質(zhì)墻體拆除，樓板上不得堆放施工材料和施工設備等重物，并按從上往下的順序施工。

（2）混凝土基底處理

1）混凝土表層的含水率不宜大于4％，且不應大于6％。

2）如有外露鋼筋，應檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，進行必要處理。裂縫部位應首先進行封閉處理。

3）被粘貼混凝土表面用混凝土角磨機、砂紙等機具打磨平整，除去表面浮層、油污等雜質(zhì)，直至露出結構新面，尤其要注意的是：表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角處粘貼要進行倒角處理，并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于10mm，將混凝土表面用丙酮擦拭一遍，用吹風機將混凝土表面清理干凈，保持混凝土表面干燥。

（3）涂底層底膠

1）把底膠的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放入容器內(nèi)，用攪拌器攪合均勻，一次調(diào)和量應以在可使用時間內(nèi)用完為準。一般情況下1h內(nèi)用完。

2）在底膠中嚴禁添加溶劑。含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用。

3）用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。

4）指觸干燥時間因氣溫不同，一般在3小時到1天之間變化。

5）底膠固化后，在表面上有凸起部分時，要用砂紙磨光。

（4）找平膠找平

底膠涂刷后，混凝土表面不平處用找平膠找平。模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應用找平膠填補，盡量減小高度差，轉(zhuǎn)角處也應用找平膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。

（5）貼碳纖維片

1）確認粘貼表面干燥。氣溫在5°C以下，相對濕度RH>85%時，如無有效措施時不得施工。

2）防止碳纖維受損，碳纖維片在運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受到彎折。

3）碳纖維縱向接頭必須搭接15cm以上，該部位應多涂粘結樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。

4）粘結樹脂的主劑和固化劑應按規(guī)定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應以在可使用時間內(nèi)用完為準。

5）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結樹脂，稱為下涂。

6）貼片時，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。

7）碳纖維片施工30分鐘后，用滾筒刷均勻涂抹粘結樹脂，稱為上涂。

8）進行空鼓檢查，并進行處理。

9）如碳纖維片施工不符合質(zhì)量標準，則需進行相應處理。

（6）養(yǎng)護期間的質(zhì)量控制點

1）粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24小時達到初期固化，應保證固化期間不受干擾。

2）在每道工序以后樹脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風沙或雨水侵襲。

3）當樹脂固化期間存在氣溫降低到50C以下的可能時，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的升溫措施。

4）碳纖維片粘貼后，要達到設計強度，需自然養(yǎng)護，在此期間應防止貼片受到硬性沖擊。

（二）在受彎構件的加固方法中與鋼板加固比較，碳纖維加固有幾點優(yōu)勢

（1）具有良好的物理力學性能：其抗拉強度為普通鋼材的10 倍以上，彈性模量相當于普通鋼材的1.1～2.4 倍；而且纖維片材重量輕，比重僅為鋼材的1/ 4 ；厚度小，一般片材增強層厚度在0.1mm～0.2mm之間，因此基本上不增加結構截面尺寸和自重。

（2）現(xiàn)場施工方便：沒有濕作業(yè)和明火施工，占用場地小，也不需要大型施工機具，而鋼板加固需要鉆孔、下螺栓，鋼板就位所需要的空間較大。因此碳纖維加固施工方便、工效高、施工質(zhì)量容易得到保障。

（3）使用范圍廣：可用于梁、板、柱及橋梁、隧道、煙囪等多種結構的加固補強。特別是在曲面殼體和復雜節(jié)點的加固中，具有其他加固方式無法比擬的優(yōu)勢，與混凝土的有效接觸面積可達100 %。

（4）具有良好的耐久性和耐腐蝕、抗磁性等性能特點。

（5）鋼材生產(chǎn)成本較高，而碳纖維復合材料隨著技術的國產(chǎn)化，成本會大大降低。

二、碳纖維加固的前景和探索

隨著現(xiàn)有建筑的大量建設，在過一定時間后，這些建筑在結構使用方面的耐久性、功能需求改變時結構不能滿足等等，此時可以通過一定的加固后繼續(xù)發(fā)揮建筑物的功能，同時造價較低。混凝土結構的碳纖維加固方法將有更廣闊的是市場。

粘貼碳纖維結構加固技術是一種新型的加固技術，已經(jīng)得到較為廣泛的應用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益；在混凝土結構的加固中，碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結構構件的抗拉強度，那么在其他的結構中，碳纖維布能否起到加強抗拉強度的作用呢？

參考文獻

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