混凝土結構碳纖維加固施工技術

柳中革

摘要：大多數建筑物隨著社會的發展和時間的流逝，會因老化、損壞、災害等造成使用性能下降，或因使用功能改變、技術落后而無法滿足繼續使用的要求。這時應根據實際情況對其進行加固或改造處理，以滿足不同的使用要求，本文僅就粘貼碳纖維加固法應用闡述幾點認識。

關鍵詞：碳纖維；加固；膠粘劑

引言

碳纖維是一種含碳量在95%以上，高強度、高模量的新型纖維材料，具有耐腐蝕、耐高溫、導電導熱性能好等特點，抗拉強度是常用建筑材料鋼筋的十幾倍。將其應用在混凝土結構加固技術中，碳纖維通過環氧樹脂粘結在混凝土結構表面，使碳纖維材料與原來混凝土結構融為一體，利用碳纖維強抗拉性能增強了混凝土結構的承載力。

1按照加固中所應用的技術方法與手段分類

加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法、改變結構傳力途徑加固法、裂縫灌注修加固法、粘貼纖維加固法、粘鋼加固法等。粘貼纖維加固法是指采用粘貼型膠粘劑，將纖維增強復合材料粘貼于原構件的混凝土表面，使之形成具有整體性的復合截面，以提高承載力和延性的直接加固法。纖維主要有增強塑料、玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等，粘貼纖維加固法與粘貼鋼板加固法的優點相似，施工方法相對簡單、應用范圍比較廣泛，同時還具有耐腐、耐潮濕、增加結構自重小、耐用、維護費用低等特點，適用于各種受力性質的混凝土結構和一般構筑物構件的加固，在維持原有結構狀態的同時，滿足業主對建筑物追求有效使用空間及外觀的要求。缺點是由于纖維材料直至拉斷時均表現為線彈性性質，且拉斷時呈明顯的脆性，應避免用于混凝土強度低于C20級結構構件的加固，需要專門的防火處理。

2碳纖維的適用范圍

碳纖維是國民經濟和國防軍工中重要的戰略物資，隨著碳纖維技術的發展和進步，碳纖維材料應用在航天航空、機械、化工、電子、體育、建筑等各個領域。碳纖維加固應用在建筑工程中，適用橋梁隧道、民用建筑的混凝土梁、柱、剪力墻結構、襯砌、罐體等各種建筑結構形狀、建筑類型和各種結構部位。

3受力分析

根據GB50367-2013，碳纖維加固適用于鋼筋混凝土受彎、軸心受壓、大偏心受壓及受拉構件，其應用方式一般為在受拉區表面粘貼碳纖維，纖維方向與受拉方向一致；但碳纖維加固不適用于素混凝土構件，也不適用于縱向受力鋼筋配筋率低于現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB50010-2010規定的最小配筋率的構件加固。從本人實際工程加固體驗看，碳纖維加固對結構的承載力不能夠大幅提高，對梁的受彎、受剪承載力提高較直接，對柱的受剪承載力也有一定提高但對柱子的壓彎承載力提高不明顯，且規范GB50367中也明確規定鋼筋混凝土結構構件加固后，其正截面受彎承載力的提高幅度不應超過40%，并且應驗算其正截面受剪承載力，避免因受彎承載力提高后而導致構件受剪破壞先于受彎破壞。如果結構構件的承載力差得很多，就應采用其他的加固方法。所以在一個全面加固的工程中，常常采用幾種加固方法相結合，使不同的混凝土結構構件加固達到最佳的受力狀態。

4.碳纖維加固工藝流程及施工方法

4.1工藝流程

碳纖維加固工藝流程大致為：混凝土表面處理→涂底層樹脂→找平→涂導線浸漬樹脂→粘貼碳纖維布→養護→涂裝→加固工程驗收。

4.2施工方法

4.2.1混凝土表面處理

碳纖維加固施工前，必須對混凝土表面進行處理卸去部分荷載，讓碳纖維粘貼結構承受荷載減少到最小。混凝土表面處理遵守以下幾點：

1）混凝土裂縫。如果混凝土裂縫寬度小于0.2mm，則用環氧樹脂對表面進行涂抹封閉；如果混凝土裂縫大于0.2mm，則用環氧樹脂灌注裂縫。2）清理混凝土表面破損和殘缺的部位，讓混凝土表面保持平整。3）檢查混凝土結構外部鋼筋是否有腐蝕的現象，如果有腐蝕立即進行處理。4）對清除、剔鑿、漏筋構件的破損部位，用環氧砂漿進行修補，讓構件表面保持平整。5）混凝土結構表面凸出的部分要剔除，打磨平整。對棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑必須大于30mm。6）混凝土表面修復平整以后，用吹風機吹干凈表面的灰塵，并用水和酒精清潔表面，讓表面保持干燥。

4.2.2涂底層樹脂

首先將涂料按比例配置好，然后用滾筒刷均勻的將底層涂料涂刷在混凝土表面，等樹脂涂料干燥以后才能進行下一步施工。底層樹脂涂抹干燥以后，部分表面會出現凸起的現象，用砂布磨平。

4.2.3找平

用整平膠料找平，混凝土表面凹陷部位用膠料修補平整，在模板接頭等高差大的地方用整平膠料填補。其次對混凝土材料的轉角處進行處理，轉角處用整平膠料修補，將其修補成為一個光滑的圓弧，其半徑不小于10mm，整平膠料固化干燥以后才能進行下一步的施工。整平膠料的固化時間根據施工環境溫度確定，一般大于3h。

4.2.4涂導線浸漬樹脂

浸漬樹脂是整個加固混凝土的關鍵環節，是連接底膠和碳纖維布的關鍵材料。通過浸漬樹脂，將碳纖維布粘貼在混凝土表面，經過碾壓以后，讓浸漬樹脂浸透到碳纖維中，讓其形成一個整體，共同抵御外力。浸漬樹脂必須具有良好的滲透性和粘合力，確保碳纖維材料與混凝土結構結合成受力整體，從而達到加固的目的。

5質量控制要點

粘貼碳纖維片的時候，碳纖維片要大于原來混凝土結構的面積，但是粘貼的位置與設計位置的偏差不能太大，控制在10mm以內。施工以后要對碳纖維片材與混凝土結構粘貼的質量進行檢查，輕輕按壓或者用小錘子敲打粘接好的材料表面，粘接材料的有效面積不能少于95%，如果粘接材料的空鼓面積大于10000mm，則要將空鼓面積全部切除，然后重新粘接材料。如果小于10000mm，則可以直接在空鼓內注射樹脂。碳纖維具有導電性，所以要遠離電源和電氣設備，與其配套的樹脂要密封處理，避免陽光直射，并遠離火源。

6碳纖維加固法施工注意事項

6.1施工準備

施工前應對粘貼部位混凝土構件表層含水率及所在環境溫度進行測量，若表層含水率大于4%或環境溫度小于50℃，則應采取措施降低構件表層含水率，達到要求后方可施工。施工前應按設計圖紙在加固部位放線定位。

6.2表面處理

應清除加固構件表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化的部分，至露出混凝土結構層，混凝土結構構件破裂、缺角處應補平，確認混凝土表面平整度達到5mm/m；轉角處磨成弧狀（曲率半徑R=20mm），最后用強力吹風機或吸塵器將表面粉塵徹底清除并用丙酮擦凈保持干燥。

6.3按照設計要求的尺寸

（一般寬度有100mm、150mm、200mm或更寬）裁剪碳纖維布，要求剪裁后的布邊緣平直順滑，不得有凹凸缺角。按照產品供應商提供的工藝要求配置膠粘劑，膠粘劑攪拌混合須均勻，并均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土結構構件的表面上，不垂流，并根據產品說明掌握膠粘劑的硬化時效。

結語

碳纖維材料具有高彈性模量、高抗拉強度以及耐腐蝕性等優點，將其運用在混凝土加固結構中，施工方便，能夠適應各種各種結構的修補，并封閉混凝土裂縫，在不增加混凝土結構自重的情況下，提高混凝土的抗震、抗剪切力。

參考文獻

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（作者單位：北京北方聯馳工程技術有限公司）