淺談碳纖維復(fù)合材料在加固地下室混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

【中圖分類號】 TU528.572

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

1 工程概況

成都SKP項目位于成都市高新區(qū)環(huán)球中心對面，是交子公園商圈核心商業(yè)綜合體及該市重點招商引資項目。周邊配套齊全，交通四通八達(dá)。項目占地約 18.53hm² ，南北長約653m ，東西寬約 283m ，場地周邊道路西高東低，東西高差約5m ，北側(cè)為大魔方商住樓區(qū)，東面緊靠繞城高速天府收費站，南側(cè)為桂溪公園及繞城高速高架橋。

其中東館停車場子項的前期已修建部分至負(fù)二層0 _{（-5.700m）} ，因結(jié)構(gòu)使用功能變化，需對原部分結(jié)構(gòu)主體局部拆除并加固，之后按新設(shè)計圖紙新建施工。由于拆改后原有結(jié)構(gòu)承載力增加，需采用碳纖維布加固以確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

工程范圍：東館基礎(chǔ) ～-5.600m 框架柱粘貼碳纖維布加固；東館 -10.100m 框架梁底粘貼碳纖維布加固。

碳纖維復(fù)合材料加固方案的發(fā)展前景：在混凝土結(jié)構(gòu)加固補強方面，常見的措施包括粘鋼法、體外預(yù)應(yīng)力法、擴大截面法等，但均存在一定程度的不足[1]。近些年來，利用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行構(gòu)件加固的技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。該技術(shù)通過樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維復(fù)合材料牢固地粘貼于混凝土表面，借助高模量、高強度的碳纖維實現(xiàn)對混凝土構(gòu)件的加固補強，并顯著提升結(jié)構(gòu)的受力性能[2]

2 碳纖維布加固工藝流程

碳纖維布加固工藝流程見圖1。

圖1梁、柱粘貼碳纖布施工工藝流程

2.1施工準(zhǔn)備

根據(jù)設(shè)計最新下發(fā)的加固改造圖紙確定加固的范圍及各項施工準(zhǔn)備工作，施工前應(yīng)先編制施工方案。

2.2界面處理

（1）用磨光機打磨帶加固混凝土結(jié)構(gòu)部位，并清理，確保結(jié)構(gòu)堅實潔凈面外漏，為后續(xù)粘貼碳纖維布保障先決條件。

（2）對于存在質(zhì)量缺陷的混凝土部位（例如：脹裂、松散、鋼筋銹蝕等不良情況），應(yīng)剔除松散部位，清理銹蝕的鋼筋，并用環(huán)氧樹脂對外漏的鋼筋表面做防腐，最后用環(huán)氧砂漿修復(fù)、整平。

（3）對于經(jīng)過劣質(zhì)面處理（剔鑿、打磨等）的結(jié)構(gòu)，應(yīng)先用環(huán)氧砂漿或碳纖維膠修復(fù)。

（4）對基面凹凸不平的部位，應(yīng)用角磨機打磨，使結(jié)構(gòu)面平順。

（5）異面處理后的結(jié)構(gòu)應(yīng)用吹風(fēng)機或清水清理干凈。

2.3修補找平

清理后的混凝土結(jié)構(gòu)表面凹凸不平，要進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)處理，用與原混凝土強度相近的環(huán)氧砂漿修補。

表面平整要求清除表面劣質(zhì)層，除去結(jié)構(gòu)表面 2～3mm 厚的浮槳層，露出堅實的潔面。并打磨潔面。打磨后應(yīng)清除表面灰塵，保持結(jié)構(gòu)面潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)打磨成圓弧（ R?20mm ）。

2.4 配置膠結(jié)劑

在碳纖維復(fù)合材料與混凝土構(gòu)件的相互作用中，粘結(jié)材料的性能至關(guān)重要，其直接決定了二者結(jié)合的有效性及整體結(jié)構(gòu)的性能表現(xiàn)。具體而言，粘結(jié)材料需具備幾個關(guān)鍵性能：

高強度與高剛度：保證碳纖維布與混凝土間剪力有效傳遞，共同承受外力，提高整體承載能力。

良好的韌性：防止因混凝土開裂導(dǎo)致粘結(jié)材料脆性破壞，維持粘結(jié)界面完整性，保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

適宜的固化特性：常溫下固化且固化收縮率小，避免產(chǎn)生過大內(nèi)應(yīng)力；固化時間合理，保證施工操作與粘結(jié)效果。

合適的粘度與流動性：充分填充孔隙和凹凸處，形成良好粘結(jié)界面，提高粘結(jié)強度。

環(huán)氧樹脂類材料具有低收縮率（不超過 0.2% ）高粘結(jié)強度的特性，成為當(dāng)前混凝土工程加固領(lǐng)域最常用的碳纖維布黏結(jié)劑[3]。碳纖維布黏結(jié)劑分為基底膠、整平（修補）膠和浸漬膠。目前，實際應(yīng)用中的碳纖維布粘結(jié)膠一般為與進(jìn)口碳纖維布配套的樹脂膠，成本較高。另一種，則是國內(nèi)已有科研單位研發(fā)的專門用于碳纖維布粘貼的配套樹脂膠，性能參數(shù)基本等同于進(jìn)口樹脂膠，但成本降低 50% 以上。故“膠粘劑”的選擇是加固過程中的重要環(huán)節(jié)，具體操作工序如下：

（1）膠粘劑的選擇及攪拌。在進(jìn)行涂膠施工前，應(yīng)檢查材料的出廠合格證明及生產(chǎn)日期，嚴(yán)禁使用過期的膠粘劑;配置膠粘劑時，應(yīng)按照規(guī)范及設(shè)計要求的比例，置于器血中，用攪拌機攪拌均勻。

（2）在粘貼部位涂刷膠粘劑，涂刷要均勻。施工前，應(yīng)對加固部位進(jìn)行確認(rèn)。

2.5粘接碳纖布

碳纖布作為典型工程復(fù)合材料，適用于扭轉(zhuǎn)、剪切或彎曲等不同受力條件下的混凝土結(jié)構(gòu)加固改造處理，該材料的基體為合成樹脂，增強體為碳纖維兩者經(jīng)特殊工藝復(fù)合而成，具有操作靈活性，根據(jù)碳纖維絲的布置方向，分為單軸向和雙軸向兩種類型，施工時需注意，不得隨意粘接；具體施工步驟如下：

（1）根據(jù)設(shè)計要求將碳纖布加工成規(guī)定的尺寸。施工時，應(yīng)注意幾點事項：保證當(dāng)天加工的碳纖布能夠當(dāng)天用完，嚴(yán)禁出現(xiàn)超加工的情況;碳纖布材料應(yīng)注意防潮;碳纖布應(yīng)妥善保存，避免彎折，影響材料性能；碳纖布保存位置應(yīng)遠(yuǎn)離用電設(shè)備。

（2）粘接膠在配置前應(yīng)計算實際需求量，再進(jìn)行配置，配置時應(yīng)將粘接膠的材料按照規(guī)定比例置于配膠器血中，用攪拌機攪拌均勻，便可投入使用；注意事項：配置的粘接膠應(yīng)在適用期內(nèi)用完，嚴(yán)禁使用超期限材料。

（3）粘接膠應(yīng)均勻的涂抹在帶加固位置的混凝土結(jié)構(gòu)表面，涂抹的范圍應(yīng)大于碳纖維布粘貼的范圍；注意事項：結(jié)構(gòu)拐角處應(yīng)多涂一些粘接膠，確保碳纖布粘接牢固。

（4）碳纖布的鋪貼方向應(yīng)平行于纖維方向，并且搭接寬度 ?15cm 。

（5）碳纖布粘貼好后，應(yīng)用專用皮輥和刮板施加壓力順著纖維方向從一端向另一端壓實或從中間向兩端進(jìn)行壓實，使碳纖布搭接密實，見圖2；注意事項：嚴(yán)禁隨意對碳纖布進(jìn)行碾壓施工，避免造成碳纖布質(zhì)量缺陷。

圖2梁底粘貼碳纖布加固 圖3梁底粘貼碳纖布加固

（6）二層粘貼，應(yīng)重復(fù)上述步驟，注意事項：第一道碳纖布表面粘接膠固化后方可進(jìn)行二次粘貼施工。

（7）養(yǎng)護(hù)時應(yīng)遵循以下養(yǎng)護(hù)條件：每處結(jié)構(gòu)加固施工完成后，應(yīng)在自然條件下養(yǎng)護(hù) 24h ，且保證不受外接條件因素影響（例如撞擊、擾動等）；施工過程中及完工后，應(yīng)注意成品保護(hù)；施工環(huán)境的溫度要高于 5°C ，自然養(yǎng)護(hù)3～5天左右。

（8）碳纖布粘貼完成且粘接膠固化后，應(yīng)對所有鋪貼面進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，應(yīng)用刀片將空鼓的位置劃開（注意開口嚴(yán)禁太長），用注射器進(jìn)行二次注膠（粘接膠）。確保粘貼面積 100% 。

碳纖維片材粘貼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：粘結(jié)膠浸潤碳纖維束良好；粘貼密實度應(yīng)達(dá)到 100% 以上；碳纖維片材方向不發(fā)生彎曲；碳纖維布的鋪貼方向應(yīng)平行于纖維方向見圖3，搭接寬度 ?15cm ，各層碳纖布之間的搭接應(yīng)錯開，不少于 50mm 。

碳纖布的材質(zhì)、規(guī)格、加固位置、范圍、搭接方向均應(yīng)符合設(shè)計要求。

2.6 驗收要求

在開始施工時，碳纖布及粘接膠等材料均應(yīng)有出廠合格證和檢驗合格報告，各項性能指標(biāo)應(yīng)符合國家技術(shù)規(guī)范。碳纖維布應(yīng)符合GB50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》纖維復(fù)合材料主要力學(xué)性能指標(biāo)中碳纖維布I級性能要求。

在施工過程中，每道工序都應(yīng)嚴(yán)格把控，符合設(shè)計及規(guī)范要求，每道工序完工后應(yīng)進(jìn)行施工驗收，驗收合格并報總監(jiān)簽字后，才可進(jìn)入下道工序。若驗收未能通過且存在質(zhì)量問題時，應(yīng)及時采取補救措施或返工。

碳纖維片材包裹混凝土結(jié)構(gòu)的范圍應(yīng)大于設(shè)計的范圍，且位置偏差應(yīng)不大于 10mm 。

加固施工完成后，可用小錘輕輕敲擊碳纖維片材表面的方法來檢查粘貼的密實度，應(yīng)確保碳纖維材料的總有效粘結(jié)面積密實率達(dá)到 98% 以上。

必要時，應(yīng)對現(xiàn)場所有材料進(jìn)行送檢取樣。

3結(jié)語

綜上所述，碳纖維布在地下室混凝土結(jié)構(gòu)加固的應(yīng)用中展現(xiàn)出多方面的優(yōu)勢，如施工過程的簡便性、對施工場地的最小占用、成本效益的優(yōu)化、環(huán)保性能的提升，以及對于結(jié)構(gòu)承載力和剛度的顯著增強。因此，碳纖維復(fù)合材料是此類結(jié)構(gòu)加固的理想選擇。

參考文獻(xiàn)

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[3] 劉攀，劉譽貴，郝增恒，等.環(huán)境條件對自制環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑性能的影響[J].應(yīng)用化工，2019，48（9）：2032-2035.