遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院 遼寧省沈陽(yáng)市 110005

摘要：混凝土裂縫是工程中最常見(jiàn)的病害之一，其產(chǎn)生的原因多種多樣。如何修復(fù)、加固，使其符合設(shè)計(jì)要求，滿足使用功能，常用的有以下幾種方法：壓力注漿法、開(kāi)槽填補(bǔ)法、涂膜封閉法、鋼帶加固法及碳纖維布加固法等。其中，用碳纖維修復(fù)加固鋼筋混凝土是近年來(lái)興起的一種簡(jiǎn)潔、方便、實(shí)用的加固方法。本文根據(jù)碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的原理，闡述其在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的作用、效果及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：碳纖維；混凝土結(jié)構(gòu)；加固原理；施工技術(shù)；

由于碳纖維具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，良好的粘結(jié)性、耐久性、自重輕、施工方便、快捷等優(yōu)點(diǎn)，因而利用碳纖維加固混凝土構(gòu)件，能有效地提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、耐久性，由此達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

一、碳纖維加固的原理

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)性能，其抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍。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，大大提高了碳纖維的抗拉強(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)又要確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到加固的目的。

二、實(shí)例分析

1.工程概況。某工程在主體工程施工完畢后，因工藝要求，P列/3～4軸線、P列/11～12軸線，+41450m框架梁上鉆孔植筋現(xiàn)澆兩根結(jié)構(gòu)支承柱，梁自身進(jìn)行碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)。

2.施工工藝

（1）混凝土基層處理。一是用砂輪機(jī)或磨光機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿，油物并研磨至骨料出現(xiàn)為止。二是研磨完后用高壓空氣槍和毛刷將粉塵去除，并確保作業(yè)表面充分干燥、平整無(wú)灰塵。三是混凝土表面的凸起部位要磨平，凹陷部位須使用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修補(bǔ)成平滑曲線，以利于碳纖維片材粘貼。四是梁底與梁側(cè)交界處直角須將其磨成R=1～2cm的圓角，以免圍束時(shí)造成應(yīng)力集中而降低補(bǔ)強(qiáng)效果。五是鋼筋裸露部位須做防銹處理；梁上蜂窩、麻面處要先研磨去除，再用與混凝土具有同等強(qiáng)度的環(huán)氧樹(shù)脂砂漿進(jìn)行修復(fù)。

（2）混凝土裂縫注入施工。結(jié)構(gòu)若有龜裂現(xiàn)象產(chǎn)生時(shí)，視情況按以下方式處理。一是裂縫寬度大于5mm時(shí)，用高強(qiáng)度水泥砂漿壓力灌漿后抹平表面。二是無(wú)法用水泥砂漿填注處，可用封塞劑將裂縫處堵住，再用低壓樹(shù)脂注入法將樹(shù)脂膠注入裂縫中，待注入材料硬化后將多余封塞劑和凸出物除去，再用修補(bǔ)膠補(bǔ)平。

（3）底膠涂布施工。一是施工環(huán)境?；炷帘砻娼Y(jié)露或觸水處不得施工，因濕度太大將導(dǎo)致樹(shù)脂與水氣產(chǎn)生作用而干擾膠化過(guò)程。迫于工期或其他因素必須施工時(shí)，應(yīng)采取以下措施。施工現(xiàn)場(chǎng)須有保溫和除濕設(shè)備以降低濕度，確保施工質(zhì)量；選用濕潤(rùn)面專用底膠施工。二是底膠涂布。施工環(huán)境確認(rèn)后，選用CH-4C底膠材料針對(duì)經(jīng)過(guò)上述處理的施工面進(jìn)行底膠涂布施工。將底膠的主劑和硬化劑按照配合比（3：1重量比），置于潔凈的容器中用底速電動(dòng)攪拌器充分?jǐn)嚢杈鶆颍霉伟鍖⑺鶆虻赝吭诹旱酌婕罢迟NUI^型箍的梁側(cè)面，梁兩側(cè)上刮150mm；待膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，指觸干燥時(shí)間約3～12 h）再進(jìn)行下道工序施工。注意：調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，一般情況下40 min內(nèi)用完。三是表面不平整的再修補(bǔ)。待底膠干燥后，將拌制好的修補(bǔ)膠用刮刀涂抹在混凝土表面凹陷部位，模板接頭出現(xiàn)高度差的部位，盡量減少高度差，使整個(gè)施工面平整光滑。注意：修補(bǔ)膠必須按材料使用說(shuō)明書(shū)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完。

（4）碳纖維片材補(bǔ)強(qiáng)粘貼施工。一是涂布浸漬樹(shù)脂前必須先確認(rèn)底膠狀況為指觸干燥。二是碳纖維片材依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行裁剪。三是將環(huán)氧樹(shù)脂主劑及硬化劑按照配合比（3：1重量比），置于潔凈的容器中攪拌均勻，用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維片材處，隨即把按設(shè)計(jì)要求已裁減好的碳纖維片材粘貼在設(shè)計(jì)部位，用刮刀沿纖維方向用力刮平以除去氣泡和貼平片材，然后再用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來(lái)回滾壓，以便使碳纖維片材充分含浸樹(shù)脂和除去氣泡。但需避免樹(shù)脂過(guò)量導(dǎo)致碳纖維滑移或扭曲，也要避免樹(shù)脂不足造成的浸漬不足。四是在已貼好的碳纖維片材上，再次用含浸漬樹(shù)脂的滾輪毛刷將浸漬樹(shù)脂均勻涂布后，再用專用滾子沿碳纖維片材的受力方向來(lái)回滾壓，使碳纖維片材充分含浸樹(shù)脂和除去氣泡，務(wù)必使樹(shù)脂浸漬完全。碳纖維片材粘貼30 min后方可進(jìn)行上層樹(shù)脂涂抹。

（5）保護(hù)層。待面膠指觸干燥后，表面做一層防火涂料或水泥砂漿保護(hù)層。本工程按設(shè)計(jì)要求，碳纖維布粘貼完畢后，抹20厚1：2水泥砂漿保護(hù)層。

3.碳纖維片材結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)檢驗(yàn)方法。一是外觀目測(cè)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)間隙，無(wú)缺酯區(qū)，無(wú)皺紋。處理方法：對(duì)間隙、缺酯區(qū)加補(bǔ)樹(shù)脂；對(duì)皺紋磨平重新粘貼。二是金屬錘測(cè)試。測(cè)試部位：全數(shù)檢測(cè)。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：完工后3d，以金屬錘輕敲，以檢視碳纖維補(bǔ)強(qiáng)面是否有空孔或浸漬不良的現(xiàn)象。處理方法：對(duì)空孔或浸漬不良的區(qū)域應(yīng)用切割器切除，再重新粘貼（注意搭接長(zhǎng)度）；對(duì)浸漬不良面積達(dá)到施工面的2/3及其以上的則需全部拆除，重新粘貼。三是硬度測(cè)試。測(cè)試部位：全部施工區(qū)域。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：完工后3 d硬度值達(dá)70以上視為合格。處理方法：50<硬度值≤ 70時(shí)，應(yīng)挑選局部區(qū)域切開(kāi)檢查碳纖維浸漬狀況。若碳纖維浸漬達(dá)到檢查區(qū)域的2/3以上則該區(qū)域須全部拆除重新施工，數(shù)目小于2/3則以個(gè)別區(qū)域分別切開(kāi)重新粘貼。硬度值[50，則為不合格區(qū)域須拆除，重新粘貼。四是現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)。測(cè)試部位：復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)施工區(qū)域。測(cè)試頻率：每50m2測(cè)試一次，不足50m2也測(cè)試一次。檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：拉拔結(jié)果破壞面必須是混凝土破壞或拉拔強(qiáng)度大于20kg/m2，方可視為合格。處理方法：不合格則在原測(cè)試位置30cm范圍內(nèi)再取測(cè)試，仍不合格，則該施工區(qū)域須拆除，重新粘貼。

4.安全注意事項(xiàng)。一是施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁火源。二是施工人員必須穿著適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)工具，如面罩、眼鏡、手套等。

5.施工技術(shù)總結(jié)。根據(jù)加固原理，在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑，掌握材料的各有關(guān)參數(shù)，以確保它有足夠的強(qiáng)度，能保證碳纖維絲共同工作，同時(shí)又確保碳纖維片材與結(jié)構(gòu)共同工作。該工程施工時(shí)，在確保安全的前提下，僅使用了簡(jiǎn)單的腳手架，不需大型施工機(jī)械及周轉(zhuǎn)材料，而且碳纖維布柔性好，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(guò)，施工非常方便；該工程從開(kāi)工到結(jié)束10d時(shí)間（包括搭、拆腳手架），工期短、費(fèi)用低，總費(fèi)用約2700000元。由此可見(jiàn)，正是碳纖維布加固技術(shù)所具有的這些優(yōu)點(diǎn)，使得這種新型的加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

目前正在探索應(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(bǔ)，采用碳纖維布來(lái)提高砌體的某些力學(xué)性能），該技術(shù)是粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域中的新生事物，如能成功，也必將能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

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