碳纖維布加固混凝土結構技術

張 亮

1 碳纖維布加固技術簡介及適用范圍

1.1 碳纖維布加固技術簡介

碳纖維加固鋼筋混凝土技術所涉及的主要材料是碳纖維布與配套的改性環(huán)氧樹脂類粘結材料。碳纖維結構加固技術主要是通過采用高性能粘結劑使混凝土構件與碳纖維布緊密粘結，從而加強混凝土構件本身的承載能力，提高混凝土構件的抗彎、抗剪性能。碳纖維加固混凝土結構技術是從發(fā)達國家新興的一種加固混凝土的方法，碳纖維加固法與粘鋼、灌鋼、加大混凝土截面等加固方法相比較，其優(yōu)越性較明顯，在當今混凝土結構加固工程中碳纖維加固法均為首選的加固方法，碳纖維加固法已經(jīng)逐漸應用于結構基礎、主體的梁、板、柱結構加固，橋墩、道路、水利水電的混凝土加固。

1.2 碳纖維布加固技術的特點

1)強度高。2)施工簡便、快捷。3)重量輕。4)抗酸堿鹽類介質的腐蝕，應用面廣。5)可以有效的封閉混凝土結構的裂縫，延長結構的使用壽命。6)易于保持結構原狀，基本不增加結構自重及截面尺寸。

1.3 碳纖維布加固技術的適用范圍

1)梁、板等受彎構件的受拉區(qū)加固。2)梁、柱沿與軸線垂直方向的受剪加固。3)結構物的抗震加固。4)結構物的耐久性加固。5)裂縫修補及動荷載構件加固。

2 碳纖維布加固技術原理和試驗研究及結論

2.1 碳纖維布加固技術原理

建筑結構加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度約為普通鋼材的10倍。由于碳纖維布具有很高的抗拉強度，且碳纖維布與鋼有著極為相近的彈性模量，這就為利用粘貼碳纖維布加固鋼筋混凝土結構提供了前提條件。但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作。在結構承受荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，隨著荷載的加重，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘貼劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高了碳纖維布的抗拉強度。

2.2 試驗研究及結論

1)試驗前準備。同濟大學建工系結構試驗室于1999年11月進行了三根梁的試驗。為了對比試驗，其中一根梁未粘貼碳纖維布，另外兩根梁均粘貼了單層上海同混凝土碳纖維布有限公司生產的“同混凝土”牌無紡單向碳纖維布加固。試驗梁的加固工作在試驗室內進行，為了與實際加固施工現(xiàn)場操作相一致，操作人員上仰操作，加固操作程序為:打底膠、批膠泥、上膠、貼碳纖維布、罩面膠。2)試驗結論:a.加固后的試驗梁，皆由于碳纖維布拉斷而破壞，說明粘結性能良好，加固方法可靠，能夠滿足結構設計要求。b.粘貼碳纖維布加固后試驗梁的截面破壞彎矩，比未加固試驗梁的截面破壞計算彎矩提高42%～54.7%，說明加固效果明顯。c.碳纖維布的彈性模量與鋼筋相近，但由于其強度高，充分發(fā)揮碳纖維的強度需要較大的應變。

3 工程實例

3.1 工程概況

本人于2004年至今參與“北京西單銀座中心”(原名浩洋大廈)改建工程，項目屬于“三邊”工程。由于兩次更換甲方后，均對原方案進行了建筑布局修改，使得項目進行了兩次加固改造。該項目位于北京市長安街與宣武門內大街交叉路口的東南角處，原設計為 17層(其中地下 4層，地上 13層)，項目于 2002年基礎施工完畢，由于更換了新的甲方，又對原施工完成的基礎進行重新加固改造，項目于2006年年底結構竣工。在此之后甲方再次更換，要求重新修改建筑布局，項目于2007年進入結構主體加固改造至今，總建筑面積近12萬m2。項目運作前期，業(yè)主方委托北京市建筑工程質量檢測中心對原主體結構各層梁、柱、剪力墻的混凝土強度等級及柱外露鋼筋進行檢測?，F(xiàn)設計單位根據(jù)檢測報告結果對擬建建筑整體結構進行計算，分析結果其中一條是樓面主梁抗剪承載力不足，需進行加固碳纖維加固改造。

3.2 施工工藝

1)表面處理。利用鏨子和鐵錘對混凝土表面原有砂漿層進行剔除，并用角磨機對表層進行清除劣化混凝土處理，露出混凝土結構層，并用環(huán)氧樹脂砂漿將表面修復平整，被粘貼混凝土表面用角磨機打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質。2)涂刷底層樹脂。應按產品供應商提供的工藝規(guī)定配制底層樹脂，應用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。應在底層樹脂表面指觸干燥后立即進行下一步工序施工。3)找平處理。按設計要求對出現(xiàn)混凝土碳化，以及梁體缺棱掉角的部位進行處理，按產品供應商提供的工藝規(guī)定配制找平材料，應對混凝土表面凹陷部位依據(jù)設計要求用找平材料填補平整，且不應有棱角，轉角處應用找平材料修復，并利用角磨機將其打磨成光滑的圓弧，半徑應不小于20 mm，在找平材料表面指觸干燥后立即進行下一步工序施工。4)粘貼碳纖維片材。按照設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。按粘結面積計算好用量，準確稱取甲、乙組分，按甲∶乙=3∶1的混合比例為準，在一清潔容器中充分攪拌均勻。

用硬毛刷將配好的粘合劑均勻的涂刷到粘結面，膠量必須充足、飽滿，將剪好的碳纖維布貼于混凝土粘貼面，用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，促使碳纖維布平直延展，粘合劑充分滲透。滾壓時不得損傷碳纖維布。在碳纖維布表面涂刷部分粘合劑，繼續(xù)往復刮涂碾壓，趕出氣泡，并使粘合劑均勻覆蓋碳纖維布。凈置1 h～2 h至指干，重復碾壓消除因纖維浮起和錯動可能引起的氣泡、粘結不實等。

多層粘貼示意圖見圖1。

3.3 加固工程竣工驗收

加固工程竣工驗收時必須有碳纖維布及其配套膠廠家提供的質量證明文件。每一道工序結束后均應按工藝要求進行檢查驗收，并做好相關的隱蔽驗收記錄等。嚴禁上道工序未經(jīng)驗收或經(jīng)驗收為不合格時就進入下一道工序進行施工?，F(xiàn)場實物檢查粘貼碳纖維布的尺寸、規(guī)格、數(shù)量等是否符合設計要求。小錘輕敲碳纖維布表面，以檢查是否有空鼓現(xiàn)象等。

4 結語

“半拉子”工程大部分都是20世紀90年代初停建滯留下來的，當時的建設工程項目管理上缺少必要的監(jiān)督、約束，工程質量無法得到保證。續(xù)建時由于使用功能的改變等原因，原主體結構需要進行加固。由于碳纖維布結構加固技術具有經(jīng)濟、環(huán)保、施工簡便及工期短等特點及優(yōu)勢，值得推廣應用。

[1] CECS 146∶2003，碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2] CECS 25∶90，混凝土加固技術規(guī)范[S].

[3] 周書才，丁 瑩.碳纖維布加固低強度混凝土的試驗研究[J].山西建筑，2008，34(12):99-100.