碳纖維布加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

摘 要:由于自然環(huán)境、施工質(zhì)量和實際使用各種因素的影響，已建砼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可能會出現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低、承載能力不足，砼表面裂縫等問題，這些砼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件除少數(shù)為必須拆除重建才能滿足需要以外，絕大部分可以通過加固改造就能提高或者改善結(jié)構(gòu)承載能力，由此而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全和滿足使用要求。該文簡要介紹了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固的特點和原理，通過工程實例分析了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固施工的優(yōu)越性，闡述了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的施工工藝及技術(shù)措施，從而促進(jìn)碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞:建筑工程;碳纖維布技術(shù);加固原理

近年來，人們對結(jié)構(gòu)的安全性，使用性和耐久性要求不斷增強，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維護和維修加固引起了工程界的廣泛重視。有很多的因素會縮短現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的使用壽命如物理老化，化學(xué)腐蝕，社會需求的變化，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的提高等，這些出現(xiàn)問題的建筑物，當(dāng)實際情況不允許推倒重建時，則只能采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施對其進(jìn)行加固補強處理。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，碳纖維材料在建筑工程中的應(yīng)用逐漸成為國內(nèi)各大學(xué)術(shù)機構(gòu)研究的熱點。下面，就讓我們來了解一下碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的一些應(yīng)用情況吧。

1 碳纖維布的材料特性及優(yōu)點

碳纖維增強聚合物(carbon fibre reinforced poly-mer簡稱cfrp，也稱為碳纖維增強塑料)是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點:

a.高強高效:強度約為普通鋼板的10倍，抗拉強度2500～3550MPA，彈性模量2.35×105～5.0×105MPA;

b.自重輕、厚度薄:比重1.8g/cm3，每層厚0.1～0.2mm，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸;柔性好，易于裁剪;

c.高耐久性:由于不會生銹，非常適合有鹽等腐蝕環(huán)境下使用，加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性;

d.施工簡便:不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，也不需現(xiàn)場固定設(shè)施易于操作，經(jīng)濟性好;

e.施工工期短:本工程實例僅用一周;

因此，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。

f.適用面廣:碳纖維加固技術(shù)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)，要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可;另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。

2 碳纖維布的加固原理

粘貼碳纖維布加固修復(fù)砼結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來在發(fā)達(dá)國家興起的一項新型加固技術(shù)，該項技術(shù)是將碳纖維這種高性能纖維材料應(yīng)用于土木工程，利用樹脂材料把纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料體，通過與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作，提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的(抗彎、抗剪)承載能力，由此而達(dá)到對建筑物進(jìn)行加固、補強的目的。

3 工程應(yīng)用實例

某結(jié)構(gòu)物，因長期受腐蝕性氣體的侵蝕，三根薄腹梁下弦混凝土與鋼筋均遭受嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致保護層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋銹蝕、剝落，鋼筋受力截面削弱，危及結(jié)構(gòu)安全;經(jīng)與設(shè)計人員一起進(jìn)行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，能防止腐蝕性氣體的侵蝕，延長梁的使用壽命。

3.1 碳纖維布加固的依據(jù)及前提

碳纖維布加固的依據(jù):結(jié)構(gòu)物圖紙及經(jīng)過檢測報告;實地考察的腐蝕情況;薄腹梁的實際檢測強度;《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》。

3.2 碳纖維布加固的前提

首先，利用回彈法對薄腹梁混凝土進(jìn)行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實際強度為C30。根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的腐蝕情況，考慮提高下弦的抗拉強度等級，為此，將610mm寬的t700s型碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在下弦的底面及兩側(cè)(薄腹梁下弦寬度為200mm)，加固后，相當(dāng)于增加原受拉鋼筋面積的46%，彌補了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減，構(gòu)件的承載力得到加強，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ，可以滿足使用要求。

3.3 碳纖維布加固的設(shè)計

因結(jié)構(gòu)物下底寬度為200mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及下弦的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側(cè)及兩面?zhèn)冗?兩側(cè)邊高度為50-55mm)，應(yīng)注意:轉(zhuǎn)角處須處理成圓角(r≥10mm)。

3.4 碳纖維布加固的施工

施工準(zhǔn)備。施工材料的準(zhǔn)備:底膠及粘著膠，t700s型碳纖維布。輔助材料的準(zhǔn)備:專用滾筒，刮板，角向磨光機，剪刀，鑿子，榔頭，臺秤，丙酮。

搭設(shè)腳手架。按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架，高度以方便施工為前提。

施工工藝。把屋架下弦被腐蝕部位的疏松混凝土鑿掉，把銹蝕的鋼筋用鋼絲刷刷掉被銹蝕層;補粉鑿除的混凝土梁，用sj-601防腐砂漿補粉鑿除的混凝土梁(對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù))，并養(yǎng)護三天;用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈[未鑿部位(需加固處)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，尤其是表面的凸起部位要磨平]，用丙酮將需粘貼處清洗干凈。

涂底膠，將jgn-p膠甲乙組分按需按3:1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將它均勻地涂在屋架底面(兩側(cè)刮150mm)，待膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工。注意:調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完。

找平混凝土表面凹陷部位用修補膠(膠摻入兩倍粉料)填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補膠填補，盡量減少高度差。

粘貼碳纖維布。將膠甲乙組分按3:1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把按設(shè)計要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出汽泡。待指觸干燥后，即可以進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。注意:碳纖維布的搭接長度一般為100mm，端部用橫向碳纖維布固定。

兩道碳纖維布粘貼完，待指壓干燥后，再刮涂一層jgn-c面膠，來回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去。

待面膠指觸干燥后，表面做一層保護層(防火涂料或水泥砂漿)。

4 結(jié)束語

通過對某結(jié)構(gòu)工程實例的施工操作，深深體會到碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介中介紹的各項優(yōu)點，該工程施工時，在確保安全的前提下，僅使用了簡單的腳手架，而且，碳纖維布裁剪非常方便，可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪，在各種支架的遮擋處可以隨意穿過，施工非常方便;另外，從加固后到現(xiàn)在，在腐蝕性氣體的侵蝕下，至今未見有被腐蝕處，由此可見，碳纖維布加固技術(shù)應(yīng)用效果明顯，性能卓越。

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益;在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強度，那么在其它的結(jié)構(gòu)中，碳纖維布能否起到加強抗拉強度的作用呢?因為碳纖維布在結(jié)構(gòu)膠的作用下強度很高，其它結(jié)構(gòu)在用碳纖維布加固后，會否象類似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超筋截面破壞一樣產(chǎn)生負(fù)面影響呢?目前有關(guān)專家正在探索應(yīng)用碳纖維布加固磚砌體的技術(shù)，如磚砌體在外界環(huán)境影響下產(chǎn)生的裂縫修補，通過采用碳纖維布來提高砌體的某些力學(xué)性能等等，該技術(shù)如果能在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用，必將對建筑行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

參考文獻(xiàn)

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[2]董華江.碳纖維布在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用.《能源技術(shù)與管理》.