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 張建雄碳纖維增強材料，簡稱碳纖維，是近十年來在發(fā)達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)具有如下幾個特點：1、強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在3500MPa以上，遠高于鋼材；抗拉彈性模量為230000430000MPa，亦高于鋼材。因此它的比強度（即材料的強度與其密度之比）可達到2000MPa/g/cm3以上，而Q235鋼的比強度僅為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)件不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，易于操

2、作，施工周期短，經(jīng)濟性好。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，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。 2、基層混凝土的強度等級不低于C15。 三、碳纖維的補強、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，一部分應(yīng)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)，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，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達到補強、加固的目的。值得注意的是，使用碳纖維進行加固時，具體粘貼層數(shù)要通過計算確定，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。 1、卸荷 加固前應(yīng)對所加固的構(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，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進行修復(fù)。 2.2、裂縫部位應(yīng)首先進行封閉處理。 2.3、用混凝土角磨機、砂紙等機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)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R10mm)。 2.4、用吹風機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，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。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(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準)再進行下一工序施工。一般固化時間為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，盡量減小高度差。 4.2、轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用FE膠修補成光滑的圓弧

6、，半徑不小于10mm。 5、粘貼 5.1、按設(shè)計要求的尺寸及層數(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 加

7、固后的碳纖維布表面應(yīng)采取抹灰或噴防火涂料進行保護。 六、材料 1、碳纖維材料(CFRP)加固修補混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維材料與粘貼用樹脂。2、加固修補所使用的碳纖維布和膠粘劑，應(yīng)按設(shè)計要求選用，并應(yīng)符合現(xiàn)行材料標準的規(guī)定。對材料質(zhì)量發(fā)生懷疑時，應(yīng)進行抽樣檢查，合格后方可使用。3、碳纖維布加固修補施工的環(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 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，因為碳纖維布具有很高的抗拉強度，其強度標準值是HRB335的10倍！但當要求承載力提高幅度較大時，不宜選用此方案，因為加固規(guī)范中明確提出碳纖維加

8、固抗彎構(gòu)件時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： 當荷載增加很大，以上方法無法滿足要求時，可采用此方案，此方法不但提高抗彎強度，還對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、碳纖維布的抗拉強度值雖然可達到3000MPa，但實際上，設(shè)計時必須注意規(guī)范中碳纖維片材允許拉應(yīng)變的規(guī)定，你就會發(fā)現(xiàn)，碳纖維布的實際抗拉強度僅為其標準值的0.667倍，即2000MPa左右。 2.2、粘鋼加固

9、設(shè)計時，鋼板不宜選用過厚（規(guī)范規(guī)定26mm為宜），因為鋼板的合力與粘結(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。 八、粘鋼加固梁破壞特征及鋼板受力分析 1、破壞特征： 試驗表明，粘鋼加固梁破壞時，粘貼在梁底的鋼板可以達到屈服強度，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，梁底鋼板未達到屈服強度，這是由于梁的破壞是因為鋼板端部與混凝土撕脫所致。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，很快進入強化階段而脆性破壞。 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，因為一般是在不卸載的情況下加固，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，因此當原鋼筋屈服時鋼板往往未屈服，而當鋼板屈服時加固梁的撓度及裂縫會發(fā)展很快。 九、工程驗收1、工程驗收時必須有碳纖維及其配套膠料廠家所提供的材料檢驗證明。 2、 每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進行檢驗，作好相關(guān)的驗收記錄，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)場驗收以評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)空鼓等粘貼不密實現(xiàn)象，應(yīng)采取針管注膠的方法進行補救。若粘結(jié)面積小于90，則判定為粘結(jié)無效，需重新施工。 4、對于碳纖維布