碳纖維在火災后混凝土構件加固中的應用

周 鵬, 李一帆

1洛陽市雅琦裝飾設計工程有限公司（471003）2河南科技大學建筑工程學院工程力學系（471003）

1 火災對混凝土構件的影響

建筑火災造成的經濟損失日益嚴重,其危害越來越受到人們重視。鋼筋混凝土構件在火災下的安全性對保證結構的整體性至關重要。建筑物遭受火災高溫后,混凝土構件抗壓強度明顯降低。研究表明，混凝土在300℃時，其抗壓強度與常溫下相比波動不大，超過300℃時，混凝土的抗壓強度有降低的趨勢，在900℃時，混凝土幾乎不到常溫下抗壓強度的10%，對工程的安全性影響是巨大的。

2 碳纖維加固技術簡介

近年來，碳纖維開始大量用于房屋建筑、橋梁、市政、地鐵等方面的補強加固。碳纖維加固技術是利用樹脂類材料把碳纖維粘貼于混凝土結構或構件表面,達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。碳纖維具有輕質高強、耐腐蝕性能好、易于施工等優點。尤其是高彈模型碳纖維，其抗拉強度比鋼材大68倍,彈性模量比鋼材大1.8～2.6倍，在600℃高溫下其性能保持不變，在-180℃低溫下仍很柔韌，在惡劣環境下不被酸、堿、鹽腐蝕。因此碳纖維加固技術對于工程補強加固來說是一種施工簡單,效果良好的加固技術。

3 火災后混凝土構件加固施工方法

加固施工工序為：混凝土基底處理—涂底層涂料—粘結面修補—貼碳纖維片—養護。

3.1 火災后混凝土構件基底處理

1)由于火災高溫作用混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，構件表面殘缺、破損部分應清除干凈，達到結構密實，表面平整，對較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復。

2)用機具除去構件表面的浮漿、油污等雜質，火燒灰塵，凸出部分打磨平整,修復后的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑≥30 mm。

3)構件表面打磨后，用鋼絲刷刷去混凝土構件表面的松散浮渣，用吹風機將表面灰塵和雜物吹掉，用丙酮或無水酒精擦拭表面，也可用清水沖洗，但必須待其充分干燥后再進行下一道工序。

3.2 涂底層涂料

1)先稱量主劑，再加入固化劑，用低速旋轉的方法攪拌均勻。一次調和量應以在可使用時間內用完為準。

2)底層涂料可使用滾筒或刷子均勻涂抹，硬化后，若表面有凸起部分，用磨光機或砂紙打磨平整。

3)底層涂料指觸干燥或固化后，進入下道工序。

3.3 粘結面修補

1)構件表面凹陷部位應用環氧膩子填平，并修復至表面平整、順滑。

2)內角要用環氧膩子填補，使之平順。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

3.4 粘貼碳纖維片

1)按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。

2)用和底膠相同的使用方法調配、攪拌粘貼材料粘結劑，均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現漏刷現象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。

3)粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結膠充分浸透碳纖維布；并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。多層粘貼應重復上述步驟,待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。

4)在碳纖維布的表面均勻涂抹粘結膠。用工具反復沿纖維方向滾壓,并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠,使之均勻。

5)在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結膠。用工具反復沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。

6)碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200 mm。

3.5 養護

碳纖維片施工后，應進行養護，保證養護期間的溫度不低于環氧樹脂的允許使用溫度。養護期為1～2周。對于有風吹、雨淋或有可能人為擾動的地方應進行遮擋封閉養護。

4 工程應用

某建筑工程，框架八層，柱間距8 000 mm×8 000 mm，一層地下室。由于工程管理上的原因,主體工程施工完成后，二層堆積的施工木模板發生火災,導致部分混凝土柱構件發生表面開裂、漏筋、麻面等工程缺陷。經多方協商，同意對該層混凝土柱進行加固，方案要求盡量不增加柱體結構的質量，經充分研究采用碳纖維布加固補強。加固后的建筑物經工程質量檢測部門的性能測試，達到了預期的效果。目前加固工程已經順利的交付使用，運營情況良好。

5 結語

從工程的實際使用情況看，碳纖維加固具有強度高、施工方便、加固技術可靠、加固效果好等特點。碳纖維加固技術還具有技術及經濟上的優勢，同時適用的范圍相當廣泛。在混凝土結構使用最多的中國,碳纖維的使用一定會在建筑加固領域中占據重要地位，具有良好的發展空間及應用前景。

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