碳纖維布加固技術在工程中的應用

王若茂 （馬鞍山邁世紀工程咨詢有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

0 前 言

用碳纖維布取代鋼板加固混凝土結構是近幾年來國際上興起的一門新技術，纖維布具有強度高、重量輕、耐腐蝕和抗疲勞等優(yōu)異物理學性能,并有良好的粘合性和廣泛的適用性，該技術主要是通過配套粘結材料將碳纖維片材粘貼于構件表面，使碳纖維片材承受拉力，并與混凝土變形協(xié)調、共同受力，起到對原混凝土結構加固補強的作用。

1 工程案例

1.1 項目概況

該原料車間為3層框架結構，層高分別為6.95m、6.5m、7.05m,建筑高度約22.5m，各層設有夾層，分別作為工業(yè)洗衣、廁所及倉庫使用；結構安全等級為二級，建筑耐火等級二級，4級抗震,其建筑面積約為14500m2；主體結構混凝土等級均為C35、填充墻為MU15混凝土多孔磚、M10混合砂漿；樓地面主要面磚、金剛砂等；內外墻主要為涂料。

由于事前考慮不周全、溝通不夠，在進入安裝階段才予以明確了所需要兩大型工業(yè)設備型號、數量、重量等參數及平面布置情況；此時主體結構已封頂，原設計對該夾層工業(yè)設備房間樓面荷載未計入；事后經復核該房間原樓面部分梁配筋不能滿足計算及使用要求，需要補強加固。根據工程進展實際，經設計、施工、監(jiān)理及業(yè)主等分析、論證、評估后，決定對該設備房間樓面3根混凝土梁采用碳纖維布加固技術處理。

1.2 加固依據

①該原料合成車間原“結構、建筑”設計藍圖；

②《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2012）；

③《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）；

④《混凝土結構加固設計規(guī)范》(GB50367-2006)；

⑤《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)；

⑥《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》（CECS146：20 03）；

⑦《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）。

1.3 主要材料

經比選，本加固工程所用碳纖維布及其碳纖維結構膠水，均采用“悍馬牌”系列產品。

①碳纖維產品按有關規(guī)定選用300g碳纖維布，有關技術指標必須符合規(guī)定，并提供產品質保書，材料使用前經抽樣檢驗合格后才能使用；其基本性能要求：抗拉強度≥3400MPa，彈性模量≥2.4×105MPa，極限延伸率≥1.7%。

②碳纖維粘貼膠料應符合基本性能要求，要提供產品質保書，并抽樣檢驗合格后才能使用；其壓縮強度≥70MPa、拉伸強度≥40MPa、彎曲強度≥50MPa(且不得呈脆性破壞）、拉伸剪切強度(金屬/金屬)≥14MPa。

1.4 人員安排

該工程為小型加固工程，根據工程實際，現場成立專業(yè)加固小組，崗位分工如表1所示。

表1

1.5 主要工序流程

按施工圖規(guī)劃被加固區(qū)→混凝土表面處理→配制底層膠并涂刷→配制浸漬膠并涂刷→粘結碳纖維布→配制面層膠并涂裝→養(yǎng)護固化→自檢與檢修→表面防護與整修。

1.6 工序描述

①表面處理：清除粘貼部位混凝土表面浮漿、油污、雜質，使露出結構本體后、吹凈，并用丙酮或二甲苯擦凈；對表面蜂窩、凹凸不平處用修補膠進行修補、嵌平。

②涂刷底膠：按比例充分攪拌配制后的底膠，均勻涂在碳布粘貼混凝土表面處。

③修補找平：經上述工序后，混凝土表面若有凹凸，用修補膠涂抹找平。

④膠料配制：按稱量比例配制粘結膠，配制前對甲、乙兩組分別攪拌，混入后再充分攪拌；膠料配制必須專人負責配制，嚴格按稱量配比配制，并充分攪拌，無沉淀、色差，經檢驗后方可使用。

表2

⑤粘貼碳纖維：按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，將配制后的粘結膠均勻涂抹在粘貼部位的混凝土面上，再將裁剪好的碳纖維布敷設在涂好粘結膠的基層上，并用滾筒沿碳纖維纖維方向多次滾壓，使粘結膠充分浸透纖維中。

⑥檢驗：粘貼碳纖維完工經固化后，檢驗粘貼部位密實度，對局部不密實處進行修補，并做好檢驗記錄，做到檢驗一次合格。

1.7 注意事項

①表面處理：按施工圖要求確認碳纖維加固部位，如粘貼部位混凝土表層含水率＞4%、環(huán)境溫度＜5℃，應采取措施達到要求后方能施工；對加固部位混凝土構件表面進行處理，處理后仔細觀察，混凝土構件有裂縫的必須進行裂縫修補；對混凝土表面的蜂窩、凹凸不平必須用結構膠修補平整，對酥松的混凝土必須鑿除后修補平整；混凝土表面處理后應露出結構本體，無粉塵、雜物、水漬、油漬并且平整；粘貼的碳纖維寬度、厚度、材質必須按設計要求進行配置。

②涂刷底膠：底膠涂刷應均勻，當指觸干燥后方可進入下一工序。

③修補找平：經上述工序后粘貼面平整度應達到5mm/m，有段差、轉角部位、凹凸部位應找平，抹成平滑曲面。

④膠料配制：膠料應嚴格按比例充分攪拌后配制，配制攪拌后的膠料應無沉淀、色差、氣泡，并應防止灰塵雜質混入膠料。

⑤粘貼碳纖維：把經處理后的混凝土表面用丙酮擦拭干凈，按設計要求裁剪碳纖維,不得損壞織物面,涂抹粘結膠應均勻,敷貼碳纖維應平整無氣泡；多層粘貼時，可重復上述步驟，但應在表面指觸干燥后立即進行下一層粘貼，如超過60min，則應等12h后再行粘貼下一層。

⑥表面防護：在粘貼的最后一層碳纖維上應涂抹粘結膠一道，進行防護，涂抹應均勻充分，不應漏涂；如碳纖維表面粉刷，表面需拉砂。

⑦檢驗：粘貼完工12h左右經固化，應進行密實度檢驗，可用小錘敲擊表面，通過不同聲音判別密實情況，密實度應達到有關規(guī)定，否則應予修補后再檢。

1.8 質量檢驗及驗收標準（見表2）

1.9 安全管理

①嚴格執(zhí)行安全生產操作規(guī)程，堅持文明施工，上崗前做好安全技術交底；

②操作人員嚴格遵守崗位責任制，熟悉本工種的安全技術操作規(guī)程；

③登高作業(yè)措施到位、相互配合，夜間施工照明充足，嚴禁私接亂拉；

④材料、構件進場后規(guī)范放置，限量領用，落實成品保護；

⑤安全員持證上崗，經常巡視現場，跟班作業(yè)；

⑥完工后對材料、構件清理，對建筑垃圾清運，做到工完料清。

2 質量檢測及結果

加固施工完成后，根據《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》（CECS146：2003）（2007版），使用SHJ-40多功能強度檢測儀對加固梁按要求隨即抽取了3處進行正拉粘結強度檢測，其強度分別為1.582MPa、1.560 MPa、1.605 MPa，平均粘結強度為1.582MPa，且破壞形式為正常破壞，滿足設計及現行規(guī)范要求，為此該碳纖維布加固施工質量判定為合格。

3 結 語

①碳纖維布加固法是一種新型的結構加固技術，其加固特點為：

a.強度高 主要由于碳纖維強度普遍較鋼材高，一些特制強化碳纖維強度可達鋼材的數倍之上；

b.重量輕 比重僅是鋼板的20%左右，因此加固后基本不增加原結構自重；

c.施工簡便 碳纖維重量輕，一般只需手工操作，不受施工空間的限制，施工速度快；

d.不受形狀限制 不論方形、六角形及各類不規(guī)則形狀，加固后均可保持物體原狀，且不影響表面裝飾。

②粘結劑應有足夠的剛度和強度，以及足夠的韌性，其性能的優(yōu)劣直接關系到：碳纖維布能否發(fā)揮其優(yōu)越的力學性能、碳纖維布與混凝土之間能否協(xié)調變形、是否會出現滑移等協(xié)同工作性能。

③碳纖維布用于結構加固時，必須重視施工質量，其直接影響到碳纖維布的破壞形態(tài)，因此施工時：要保證碳纖維布的表面干凈；加固梁的表面一定要打磨平整，除去油漬和浮漿；膠要涂刷均勻；粘貼碳纖維布時要拉緊；碳纖維布要與梁粘貼密實。

④采用碳纖維布加固不能阻止混凝土的開裂，但可使裂縫寬度得到一定的控制，使裂縫的寬度和間距明顯變小，裂縫變細、變密、變短，一般裂縫寬度可控制在0.2mm以內，從而提高混凝土的耐腐蝕性。