碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在工程中的應(yīng)用實(shí)例

金紫華，黃志惠，胡春奇

河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司（450014）

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，材料輕質(zhì)高強(qiáng)，施工方便，在土木工程加固修復(fù)領(lǐng)域已獲得了較廣泛的應(yīng)用，一些國(guó)家已制定了標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。近年來，在國(guó)內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)工程中也得到了越來越多的應(yīng)用。

1 碳纖維加固主要特點(diǎn)

1）材料特性:高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量；施工方便，無需夾具、模板，結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)可多層粘貼，而不改變構(gòu)件外形尺寸,并能有效地封閉混凝土的裂縫；耐腐蝕及耐久性能好；不增加結(jié)構(gòu)自重。

2）適用范圍:適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)，加固后不影響表面裝飾。

3）加固方法:利用專用粘結(jié)劑將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維片粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，并與之形成整體，共同工作。

2 工程概況

某大廈位于鄭州市建設(shè)路，主體C棟為舊樓改造項(xiàng)目，建筑面積35000 m2，框支—剪力墻結(jié)構(gòu)，地下1層、地上26層。1991年大廈結(jié)構(gòu)通過竣工驗(yàn)收，后因故停工，又于2002年進(jìn)行改擴(kuò)建施工，內(nèi)容主要為頂層加建。經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定部門檢測(cè)后認(rèn)為，由于鄭州地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高為7度，原設(shè)計(jì)的主樓框支梁上部分樓層剪力墻水平鋼筋配筋率低于現(xiàn)行抗震規(guī)范要求,因此決定采用剪力墻表面粘貼碳纖維進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)處理。

3 加固方案及使用材料

加固方案采用在剪力墻表面的水平和豎直雙方向進(jìn)行粘貼雙層碳纖維的方法。

加固工程采用型號(hào)為CFS2的12 K碳纖維 （碳絲為T700SC），采用HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑。施工前按規(guī)定對(duì)碳纖維在現(xiàn)場(chǎng)抽樣進(jìn)行檢測(cè)的拉伸強(qiáng)度大于3000 MPa，且其他特性均符合規(guī)范的技術(shù)要求。

4 施工流程與現(xiàn)場(chǎng)施工方法

碳纖維加固施工流程為:混凝土基底修補(bǔ)、打磨處理→涂底層HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑→用HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑進(jìn)行殘缺修補(bǔ)→貼第一層碳纖維片→貼第二層碳纖維片→表面涂裝→養(yǎng)護(hù)→完工驗(yàn)收。

4.1 混凝土基底修補(bǔ)、打磨處理

1）表面裂縫及孔洞處理。該大廈需要加固的剪力墻混凝土施工質(zhì)量較好，無裂縫現(xiàn)象，僅局部有少量細(xì)小蜂窩，采用HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑進(jìn)行修補(bǔ)填充密實(shí)，表面平整。

2）將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位，使其表面平整。

3）對(duì)經(jīng)剔鑿、清除和露筋的構(gòu)件殘缺部分，用專用黏結(jié)劑進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原，達(dá)到表面平整。

4）將構(gòu)件表面沿碳纖維粘貼結(jié)合面打磨平整，要求平整度達(dá)到5mm/m，保證修復(fù)后的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機(jī)磨成圓角，圓角半徑須≥20mm。

5）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面打磨后，用壓縮空氣清理表面灰塵和雜物，用脫脂棉蘸丙酮進(jìn)行擦拭清洗殘留粉塵，并使表面充分干燥。

4.2 涂底層HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑

1）把碳纖維膠粘結(jié)劑的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi)，用低速攪拌器攪拌均勻去除氣泡，并防止灰塵等雜質(zhì)混入；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完。

2）用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工。

3）底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般類似結(jié)露的露珠一樣）要用砂布或角磨機(jī)磨平并用丙酮清洗去塵。

4.3 用HCJ碳纖維膠粘結(jié)劑進(jìn)行殘缺修補(bǔ)

1）構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用粘結(jié)劑填平，并修復(fù)至表面平整、順滑。

2）內(nèi)角（段差、起拱等）要用粘結(jié)劑填補(bǔ)，使之平順。膩?zhàn)油抗魏蟊砻嫒源嬖诘陌纪共诩y，應(yīng)再用砂紙打磨平整。

4.4 粘貼碳纖維片

1）把粘結(jié)劑的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完。

2）按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布，纖維順長(zhǎng)方向片材的接頭必須搭接10 cm以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)劑，在片材寬度方向不需要搭接，裁剪完成后用脫脂棉蘸丙酮把表面擦拭清洗干凈。

3）將裁剪好的碳纖維織物敷在涂好粘結(jié)劑的基層上，貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)劑，稱為下涂。貼片時(shí)，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣?？捎锰刂茲L筒沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次,使粘結(jié)劑滲浸進(jìn)纖維中并擠除氣泡。滾壓時(shí)要小心操作，不得損傷碳纖維布。

4）纖維片粘貼施工完畢30分鐘后，用滾筒刷在表面均勻涂抹粘貼用粘結(jié)劑，使粘結(jié)劑能充分滲透到碳纖維里面，稱為上涂。

5）第二層碳纖維布粘貼則重復(fù)以上步驟，并保證底層粘貼的碳纖維片上涂粘結(jié)劑已指觸干燥,才能粘貼第二層。

6）第二層碳纖維織物表面涂抹的粘結(jié)劑應(yīng)涂刷均勻、周邊整齊。

4.5 表面涂裝

由于剪力墻后期需進(jìn)行抹灰施工并進(jìn)行內(nèi)部裝修，所以粘貼后的碳纖維表面涂最后一道粘結(jié)劑后用干燥黃沙覆蓋，增加與抹灰面的粘結(jié)力。

4.6 養(yǎng)護(hù)

1）碳纖維片施工后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間的溫度應(yīng)不低于專用粘結(jié)劑的允許使用溫度。

2）養(yǎng)護(hù)期一般在1～2周內(nèi)。

3）施工部位應(yīng)進(jìn)行遮擋封閉養(yǎng)護(hù)，防止風(fēng)吹、雨淋或可能的人為擾動(dòng)所造成的損壞。