淺談碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)

1、淺談碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)浙江凱恩建筑工程有限公司 張建雄碳纖維增強(qiáng)材料，簡稱碳纖維，是近十年來在發(fā)達(dá)國家新興的一種加固混凝土結(jié)構(gòu)的新材料，以其優(yōu)異的力學(xué)性能在工程領(lǐng)域日漸受寵，被人們稱為“結(jié)構(gòu)加固的新星”。一、采用碳纖維加固技術(shù)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1、強(qiáng)度高。碳纖維片材的抗拉強(qiáng)度一般都在3500MPa以上，遠(yuǎn)高于鋼材；抗拉彈性模量為230000430000MPa，亦高于鋼材。因此它的比強(qiáng)度（即材料的強(qiáng)度與其密度之比）可達(dá)到2000MPa/g/cm3以上，而Q235鋼的比強(qiáng)度僅為59MPa/g/cm3左右，比模量也比鋼材高。2、施工簡便、快捷。使用碳纖維加固構(gòu)件不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，易于操

2、作，施工周期短，經(jīng)濟(jì)性好。3、抗酸堿鹽類介質(zhì)的腐蝕，應(yīng)用面廣。加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性，可以應(yīng)用于各種工作環(huán)境的構(gòu)件加固。4、可以有效的封閉混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。 5、易于保持結(jié)構(gòu)原狀，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。 二、適用范圍 1、適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。 2、基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15。 三、碳纖維的補(bǔ)強(qiáng)、加固原理 粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力。用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)

3、性能，其抗拉強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍；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，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)、加固的目的。值得注意的是，使用碳纖維進(jìn)行加固時(shí)，具體粘貼層數(shù)要通過計(jì)算確定，考慮到各層的共同工作系數(shù)，抗疲勞的能力和避免脆性

4、破壞，一般不宜超過5層。另外，從受力性能角度而言，單層優(yōu)于多層，窄幅優(yōu)于寬幅；必要時(shí)縱向可以搭接，搭接長度不能少于100mm，而且要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除計(jì)算要求外，還應(yīng)有必要的構(gòu)造措施。 四、工藝流程及操作要求 工藝流程為卸荷基底處理涂底膠找平粘貼保護(hù)。 1、卸荷 加固前應(yīng)對(duì)所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。 2、基底處理 2.1、混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。 2.2、裂縫部位應(yīng)首先進(jìn)行封閉處理。 2.3、用混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起

5、部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀(R10mm)。 2.4、用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。 3、涂底膠(FP膠) 3.1、按主劑固化劑=21的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，電動(dòng)攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。一般情況下1h內(nèi)用完。 3.2、用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工。一般固化時(shí)間為23d。 4、找平 4.1、混凝土表面凹陷部位應(yīng)用FE膠填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用FE膠填補(bǔ)，盡量減小高度差。 4.2、轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用FE膠修補(bǔ)成光滑的圓弧

6、，半徑不小于10mm。 5、粘貼 5.1、按設(shè)計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度一般應(yīng)在3m之內(nèi)。 5.2、調(diào)配、攪拌粘貼材料FR膠(使用方法與底膠FP相同)，然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。 5.3粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，用特制滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一層的粘貼。 5.4、在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹FR膠。 5.5碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。 6、保護(hù) 加

7、固后的碳纖維布表面應(yīng)采取抹灰或噴防火涂料進(jìn)行保護(hù)。 六、材料 1、碳纖維材料(CFRP)加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維材料與粘貼用樹脂。2、加固修補(bǔ)所使用的碳纖維布和膠粘劑，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用，并應(yīng)符合現(xiàn)行材料標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。對(duì)材料質(zhì)量發(fā)生懷疑時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抽樣檢查，合格后方可使用。3、碳纖維布加固修補(bǔ)施工的環(huán)境溫度，應(yīng)按膠粘劑產(chǎn)品說明要求。 七、淺談結(jié)構(gòu)加固工程經(jīng)驗(yàn) 1、加固方法的選用： 1.1、碳纖維片材加固： 一般用于梁板的抗彎加固及柱的抗震加固，因?yàn)樘祭w維布具有很高的抗拉強(qiáng)度，其強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是HRB335的10倍！但當(dāng)要求承載力提高幅度較大時(shí)，不宜選用此方案，因?yàn)榧庸桃?guī)范中明確提出碳纖維加

8、固抗彎構(gòu)件時(shí)提高承載力幅度不宜超過40； 1.2、粘鋼加固： 一般用于梁板抗彎、抗壓及抗拉加固。 1.3、增大截面法加固： 當(dāng)荷載增加很大，以上方法無法滿足要求時(shí)，可采用此方案，此方法不但提高抗彎強(qiáng)度，還對(duì)提高截面剛度及抗震能力有很大幫助。 1.4、其他如托梁換柱、預(yù)應(yīng)力法詳見混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范GB50367-2006和混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范CEC325：90中規(guī)定。 2、說明 2.1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度值雖然可達(dá)到3000MPa，但實(shí)際上，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意規(guī)范中碳纖維片材允許拉應(yīng)變的規(guī)定，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，碳纖維布的實(shí)際抗拉強(qiáng)度僅為其標(biāo)準(zhǔn)值的0.667倍，即2000MPa左右。 2.2、粘鋼加固

9、設(shè)計(jì)時(shí)，鋼板不宜選用過厚（規(guī)范規(guī)定26mm為宜），因?yàn)殇摪宓暮狭εc粘結(jié)劑產(chǎn)生的粘結(jié)應(yīng)力不在一條直線上，它們形成一個(gè)力偶，有使鋼板產(chǎn)生與梁的彎曲方向相反的變形，起著剝離鋼板的作用，鋼板越厚，此作用越強(qiáng)。 八、粘鋼加固梁破壞特征及鋼板受力分析 1、破壞特征： 試驗(yàn)表明，粘鋼加固梁破壞時(shí)，粘貼在梁底的鋼板可以達(dá)到屈服強(qiáng)度，在適筋范圍內(nèi)，隨著荷載的增加，加固梁在鋼板和梁中原鋼筋屈服后因混凝土被壓碎而破壞；但也有另一種情況，梁破壞時(shí)，梁底鋼板未達(dá)到屈服強(qiáng)度，這是由于梁的破壞是因?yàn)殇摪宥瞬颗c混凝土撕脫所致。這種破壞沒有明顯的征兆，端部鋼板突然被撕脫，致使梁中原鋼筋應(yīng)力突增，很快進(jìn)入強(qiáng)化階段而脆性破壞。 2

10、、鋼板受力分析 2.1、粘結(jié)鋼板與埋在混凝土中的鋼筋相比，受力較不利，鋼板的拉力僅靠單面的粘結(jié)應(yīng)力來平衡； 2.2、鋼板的合力與粘結(jié)劑產(chǎn)生的粘結(jié)應(yīng)力不在一條直線上，它們形成一個(gè)力偶，有使鋼板產(chǎn)生與梁的彎曲方向相反的變形，起著剝離鋼板的作用； 2.3、粘結(jié)層處于不利的剪拉復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下工作； 2.4、鋼板端部缺少與混凝土的錨固措施； 2.5、鋼板的應(yīng)力滯后現(xiàn)象：鋼板在以后的受力過程中存在著應(yīng)力滯后現(xiàn)象，因?yàn)橐话闶窃诓恍遁d的情況下加固，原鋼筋已有一定的應(yīng)力存在，而所粘的鋼板僅在加荷載后才產(chǎn)生應(yīng)力，因此當(dāng)原鋼筋屈服時(shí)鋼板往往未屈服，而當(dāng)鋼板屈服時(shí)加固梁的撓度及裂縫會(huì)發(fā)展很快。 九、工程驗(yàn)收1、工程驗(yàn)收時(shí)必須有碳纖維及其配套膠料廠家所提供的材料檢驗(yàn)證明。 2、 每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢驗(yàn)，作好相關(guān)的驗(yàn)收記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)立即返工。 3、施工結(jié)束后的現(xiàn)場驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回聲來判斷粘結(jié)效果，如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)現(xiàn)象，應(yīng)采取針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。若粘結(jié)面積小于90，則判定為粘結(jié)無效，需重新施工。 4、對(duì)于碳纖維布