戴新榮

碳纖維片加固修補(bǔ)技術(shù)在工程中的應(yīng)用

戴新榮

一、概述

設(shè)計(jì)、施工或意外災(zāi)害等會(huì)給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)正常使用帶來(lái)一定影響，需對(duì)其進(jìn)行維修、加固補(bǔ)強(qiáng)。碳纖維片材加固修補(bǔ)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種結(jié)構(gòu)修補(bǔ)新技術(shù)，碳纖維具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐久性好、施工簡(jiǎn)便且不影響結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)，較之傳統(tǒng)的加固修補(bǔ)施工材料具有明顯的優(yōu)越性，該項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于橋梁、工業(yè)與民用建筑等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)，成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的新趨勢(shì)。

二、碳纖維片加固修補(bǔ)混凝土技術(shù)原理及特點(diǎn)

碳纖維片是用抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，并經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂膠預(yù)浸而成的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合片材。以環(huán)氧樹(shù)脂作為膠結(jié)材料，將纖維片材沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損結(jié)構(gòu)上，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體，增強(qiáng)貼片與原有結(jié)構(gòu)共同受力，增大結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，有效提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、延性及抗裂性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展。碳纖維片加固修補(bǔ)混凝土工藝的關(guān)鍵在于碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，共同工作。碳纖維片加固修補(bǔ)混凝土技術(shù)具有以下特點(diǎn)：材料輕，強(qiáng)度高；能夠保持結(jié)構(gòu)原有形狀，不影響結(jié)構(gòu)的外觀；施工工藝簡(jiǎn)單、方便快捷，對(duì)外界影響小。

表1 碳纖維的性能指標(biāo)

表2 粘結(jié)樹(shù)脂的性能指標(biāo)

表3 碳纖維片材施工質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果

三、施工情況

合肥市某高校圖書閱覽綜合樓工程為地上十層地下一層的框架結(jié)構(gòu)，因設(shè)備后期安裝及圖書等荷載較大，故設(shè)計(jì)采用碳纖維對(duì)該工程部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

1.原材料的性能

所用碳纖維的性能見(jiàn)表1，粘結(jié)樹(shù)脂性能見(jiàn)表2。

2.施工工藝

碳纖維片加固修補(bǔ)混凝土工藝包含以下步驟：①混凝土基底處理。施工前應(yīng)對(duì)混凝土構(gòu)件表面進(jìn)行必要的處理，進(jìn)行鋼筋除銹、修補(bǔ)裂縫和受損部位等，使碳纖維片粘貼后能與混凝土表面緊密結(jié)合。②涂底層涂料。在處理好的混凝土構(gòu)件表面涂刷能滲透到混凝土內(nèi)的底層涂料，然后填平表面凹陷部位，達(dá)到表面平整，使碳纖維片與構(gòu)件粘貼緊密并避免粘貼后起鼓。③粘貼碳纖維片。碳纖維片在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過(guò)程中嚴(yán)禁受到彎折。確認(rèn)粘貼表面干燥，嚴(yán)格掌握貼片的位置與搭接長(zhǎng)度，防止碳纖維片受損。貼片前應(yīng)按規(guī)定尺寸裁切碳纖維片，每段長(zhǎng)度一般不超過(guò)6m。纖維片縱向接頭必須搭接10cm以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹(shù)脂。纖維片橫向可不搭接。粘結(jié)樹(shù)脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹(shù)脂，涂量根據(jù)施工部位及施工面的粗糙程度變化。拱起部分、拐角部分、纖維片搭接部位以及殘缺修補(bǔ)處要多涂一些。貼片時(shí)，在碳纖維片和樹(shù)脂之間不得留有空氣，可用專用工具沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使粘結(jié)樹(shù)脂充分滲浸入碳纖維束中。根據(jù)干燥程度，纖維片施工一定時(shí)間后（1h左右），再均勻涂刷一層粘結(jié)樹(shù)脂，亦用專用工具沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使纖維內(nèi)部補(bǔ)充、滲浸粘結(jié)樹(shù)脂。④進(jìn)行粘貼質(zhì)量檢查，并進(jìn)行處理。粘貼結(jié)束后需對(duì)粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢查，如有粘貼不牢或空鼓等現(xiàn)象時(shí)進(jìn)行如下處理：Ⅰ.注入粘結(jié)樹(shù)脂法。在碳纖維片上打開(kāi)2個(gè)以上的孔，使用注射器注入粘結(jié)樹(shù)脂（或低粘度型樹(shù)脂）。Ⅱ.割刀切入填充樹(shù)脂修補(bǔ)法。沿纖維方向切入2～3刀，用橡膠刮板。毛刷沾上適量粘結(jié)樹(shù)脂，填進(jìn)割開(kāi)的縫內(nèi)。Ⅲ.補(bǔ)丁補(bǔ)修法。當(dāng)貼片完全固化后，無(wú)法用割刀切開(kāi)或注入樹(shù)脂，或纖維片表面出現(xiàn)褶皺或松弛時(shí)，應(yīng)采用此方法割去不良部分。重新粘貼碳纖維片。⑤養(yǎng)護(hù)。粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，并應(yīng)保證固化期間不受干擾。在每道工序以后樹(shù)脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲。當(dāng)樹(shù)脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時(shí)，可采用低溫固化樹(shù)脂，或采取有效的加溫措施。碳纖維片粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需自然養(yǎng)護(hù)的時(shí)間和外界環(huán)境溫度密切相關(guān)，正常環(huán)境下需要1～2周。在此期間應(yīng)防止貼片部分受到硬性沖擊。⑥涂裝飾。加固部位需根據(jù)使用環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐匡?涂飾應(yīng)在樹(shù)脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。對(duì)新材料新工藝的涂裝，事前要做好充分研究，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)后方可正式使用。

3.質(zhì)量檢驗(yàn)

為了解碳纖維片材的施工質(zhì)量，在工程不同部位進(jìn)行了兩組現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3。

從表中可知，加固結(jié)構(gòu)的破壞形式均為混凝土破壞，由此可見(jiàn)，采用上述工藝進(jìn)行碳纖維片材施工，能保證其施工質(zhì)量。

四、結(jié)論

該工程采用碳纖維片材進(jìn)行加固處理，所使用的材料均符合有關(guān)規(guī)范要求，采取的施工工藝能夠保證碳纖維的施工質(zhì)量。因此，采用碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)是一種科學(xué)可靠的加固措施■

（作者單位：安徽省水利科學(xué)研究院 233000）