■張碧玉 ■廣西壯族自治區(qū)建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，廣西 南寧 530011

1 碳纖維加固技術(shù)的概述

1.1 碳纖維加固技術(shù)的原理及適用范圍

碳纖維加固技術(shù)是利用樹脂類粘結(jié)材料，將碳纖維布、碳纖維板等粘結(jié)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力位置，從而對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)。由于碳纖維加固技術(shù)是采用無機(jī)高分子纖維，該材料的強(qiáng)度比普通的板材高，具有良好的強(qiáng)效性，此外其耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，同時(shí)具有良好的耐水能力，材料的耐候性使得其可在復(fù)雜的建筑環(huán)境中廣泛的適用。

1.2 碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在實(shí)際施工過程中，碳纖維加固技術(shù)操作簡(jiǎn)單，不需要大型的施工機(jī)械設(shè)備，也不需要占用很大的施工場(chǎng)地，能極大的提高施工效率;碳纖維材料的柔性比較好，在粘結(jié)構(gòu)件過程中，即使表面不夠平整，也能確保粘結(jié)質(zhì)量，可以有效地縮短施工周期。

2 某工程碳纖維片材加固設(shè)計(jì)實(shí)例

2.1 工程概況

某改造項(xiàng)目工程抗震設(shè)防烈度為:6 度;框架抗震等級(jí)為四級(jí)，建筑層數(shù)為地上三層;地下一層;建筑高度14.07m，原建筑設(shè)計(jì)功能為普通聯(lián)排別墅，主體完工后在正式投入使用前，業(yè)主根據(jù)市場(chǎng)需求，改變其使用功能將其改為度假酒店。這一更改需要將原聯(lián)排別墅分戶墻打通，增設(shè)建筑隔墻，樓電梯間等。建筑物空間使用功能、平面布置和荷載發(fā)生了較大的變化。根據(jù)新的建筑平面布置應(yīng)用PKPM 軟件在原有結(jié)構(gòu)模型上加載新荷載，對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重新計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，建筑使用功能發(fā)生改變后，原結(jié)構(gòu)構(gòu)件柱基本滿足要求，原設(shè)計(jì)的各層均出現(xiàn)在新增荷載作用下，部分梁端支座及梁底跨中抗彎承載力不足，部分梁抗剪承載力不足，局部板塊原配筋不滿足現(xiàn)計(jì)算要求。為確保建筑滿足新的使用要求，須對(duì)承載力不足的梁板構(gòu)件進(jìn)行加固處理。

2.2 加固方案分析及確定

對(duì)承載力不足的梁板采用進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明，若使用碳纖維加固法，大部分梁加固后正截面承載力提高幅度均不超過40%，斜截面承載力和板受彎加固后均可滿足承載力要求。因業(yè)主要求加固施工處理時(shí)間盡量短，使建筑盡快投入使用，以收到最大經(jīng)濟(jì)效益;因此此項(xiàng)目采用以碳纖維片材加固梁板為主、部分正截面承載力提高幅度超過40%的梁采用增大截面法為輔的加固方案。

2.3 加固設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

根據(jù)《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146:2007 第4.3.2 條:矩形截面受彎構(gòu)件的受拉面，采用粘貼碳纖維片材受彎加固時(shí)，正截面受彎承載力的計(jì)算公式;第4.3.3 條，翼緣位于受壓區(qū)的T形受彎構(gòu)件，在其受拉面粘貼碳纖維片材，進(jìn)行受彎加固設(shè)計(jì)時(shí)，按前一條的原則以及現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010 -2010關(guān)于T 形構(gòu)件受彎承載力的計(jì)算方法來進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算;第4.3.4 條:當(dāng)考慮二次受力影響時(shí)，加固之前在初始彎矩Mi作用下，截面受拉邊緣的混凝土的初始應(yīng)變?chǔ)舏計(jì)算公式;以及第4.4.1 條:鋼筋混凝土梁在受剪加固時(shí)，斜截面受剪承載力計(jì)算公式;為此項(xiàng)工程，對(duì)照永固加固計(jì)算程序，編制了碳纖維片材梁正截面抗彎及斜截面抗剪加固計(jì)算excel 表格，用于驗(yàn)算片材加固后梁正截面受彎承載力及斜截面受剪承載力是否滿足要求。在正截面受彎承載力加固計(jì)算中，對(duì)受壓區(qū)高度x 不宜大于0.8ξbh0(ξb為界限相對(duì)受壓區(qū)高度)、加固后構(gòu)件的受彎承載力的提高幅度不超過40%，以及加固后，在荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下，受拉鋼筋的拉應(yīng)力不超過鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了判斷，當(dāng)不滿足以上要求時(shí)，改用增大截面法對(duì)梁進(jìn)行加固。

計(jì)算結(jié)果表明，大多數(shù)梁板承載力不足處，粘貼單層高強(qiáng)度II 級(jí)碳纖維布即可滿足承載力要求。高強(qiáng)度II 級(jí)碳纖維布彈性模量不小于210GPa，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于3000MPa，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值不小于2000MPa，伸縮率不小于1.5%，厚度為0.167mm。

在構(gòu)造措施上，對(duì)梁，在碳纖維片材長(zhǎng)度范圍內(nèi)采用碳纖維片材U型箍錨固。在長(zhǎng)度范圍內(nèi)要求均勻布置U 型箍，并且要求在端部處必須設(shè)置一道U 型箍。同時(shí)要求U 型箍粘貼高度延伸到樓板底面，且每一道U 型箍的寬度都大于或等于受彎加固碳纖維布厚度的1/2。對(duì)板，采取在碳纖維片材長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置垂直受力碳纖維方向壓條的措施。要求在錨固長(zhǎng)度范圍內(nèi)均需均勻布置壓條，并且要求在端部必須設(shè)置一道壓條。同時(shí)要求每一道壓條的寬度大于或等于受彎加固碳纖維布條帶寬度1/2，且壓條的厚度大于或等于受彎加固碳纖維布厚度1/2。

2.4 加固施工要求

在粘貼碳纖維片材加固技術(shù)主要施工工藝上，要求如下:(1)構(gòu)件表面的粉刷層或者墊層到混凝土基層間須鑿除;并應(yīng)按要求對(duì)混凝土缺損部位進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)及處理。其次必須對(duì)混凝土表面油污和浮漿進(jìn)行清除以后再打磨至堅(jiān)實(shí)基層;要求對(duì)不平整的部位應(yīng)該進(jìn)行打磨或者修復(fù)處理。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)該按要求打磨成圓弧狀的倒角，圓弧的半徑不應(yīng)小于20mm。表面的粉塵必須清除并且清洗干凈，基面保持干燥。(2)必須按選用產(chǎn)品的要求來進(jìn)行底涂;并采用找平材料修補(bǔ)平整基面的凹陷部位，要求做到表面沒有棱角。(3)碳纖維下料以及粘結(jié)期間要保持碳纖維材料的干凈和整潔，嚴(yán)防褶皺、受損。嚴(yán)格地按產(chǎn)品說明來進(jìn)行拌膠的配比和操作，使之?dāng)嚢璩浞趾途鶆颉?4)粘結(jié)時(shí)要保證碳纖維膠密實(shí)沒有氣泡，厚度適合并且均勻;碳纖維布膠應(yīng)該充分浸透碳纖維。應(yīng)該分層進(jìn)行碳纖維布的多層粘結(jié);最后一層碳纖維布得表面應(yīng)該均勻得面涂一層。(5)碳纖維布的搭接同時(shí)要滿足構(gòu)造要求。(6)固化期間應(yīng)嚴(yán)禁干擾碳纖維膠。(7)表面的防護(hù)處理應(yīng)按要求進(jìn)行。如果要進(jìn)行粉刷防護(hù)，必須在面涂層進(jìn)行拍砂處理，拍砂的施工不能影響已粘貼的碳纖維。

在加固表面防護(hù)技術(shù)上，要求如下:(1)采用25mm 厚1 比3 的水泥砂漿來防護(hù)碳纖維加固表面?？梢酝克⒔缑鎰┗蛘卟扇∑渌拇胧┻M(jìn)行處理來增加粉刷層的粘結(jié)力。(2)應(yīng)該采用50mm 厚的新增混凝土保護(hù)層來對(duì)處于二a 類環(huán)境下的碳纖維加固構(gòu)件進(jìn)行防護(hù)。(3)加固部分的防護(hù)必須要達(dá)到相關(guān)的耐火等級(jí)的要求。(4)在粘貼膠完全固化以后才可以施工加固表面的防護(hù)。

對(duì)加固施工要求如下:(1)必須由有特種施工資質(zhì)(結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng))的專業(yè)公司來進(jìn)行加固工程的施工。(2)應(yīng)該優(yōu)先考慮將原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)除其自重外的荷載先卸載，再進(jìn)行構(gòu)件加固，如果沒有辦法卸載，應(yīng)該及時(shí)地向設(shè)計(jì)人員匯報(bào)，得到設(shè)計(jì)的允許后才可進(jìn)一步施工。(3)在加固施工工程中，應(yīng)該留意原來的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否存在開裂、腐蝕、銹蝕、老化以及和圖紙不一樣的情況，施工單位應(yīng)進(jìn)行記錄檢查結(jié)構(gòu)損壞的程度，向設(shè)計(jì)人員報(bào)告，得到設(shè)計(jì)人員同意以后才可以繼續(xù)做相關(guān)的加固修復(fù)工作。(4)施工隊(duì)在加固工程施工之前，必須完全的理解整體加固的原則和整體加固的需要，如果有部分結(jié)構(gòu)的拆除工作在加固工作之后進(jìn)行，必須要保證加固工作完成，并且加固的構(gòu)件達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，再進(jìn)行相關(guān)拆除工作。(5)施工單位在加固施工中，必須要做好對(duì)新舊混凝土的澆筑界面的處理，鑿毛需充分，濕潤(rùn)、接漿(或使用其他截面劑)，并且確保連接面的質(zhì)量和可靠性。(6)加固施工時(shí)，必須要滿足加固材料對(duì)施工的環(huán)境溫度和濕度方面的特殊要求。(7)加固施工時(shí)，要保證加固材料在存儲(chǔ)和使用過程中的安全，并按產(chǎn)品說明的要求來采取有效的安全保障措施。(8)加固施工過程應(yīng)采用沒有振動(dòng)或者少振動(dòng)的設(shè)備，以減少對(duì)原有結(jié)構(gòu)的破壞。

3 總結(jié)

隨著建筑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益熱化，建筑物建成后更改使用功能的概率也在增加。在面對(duì)改造加固設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的加固方案滿足業(yè)主的要求越來越受到重視。碳纖維加固技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、綜合性能高、加固質(zhì)量高、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，適當(dāng)將其應(yīng)用在工程加固中，能極大的提高工程的綜合質(zhì)量，保證改造工程的使用壽命，尤其對(duì)施工場(chǎng)地及工期時(shí)間有較高要求時(shí)，可以收到較好的綜合效益。

［1］《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146:2007.

［2］《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50367 -2013.

［3］《既有建筑結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》徐福泉，趙基達(dá)，李東彬;中國物資出版社.

［4］《混凝土結(jié)構(gòu)粘結(jié)加固設(shè)計(jì)與算例》左成平，左明漢編著;中國建筑工業(yè)出版社.