馬健

摘要：碳纖維布加固技術(shù)是一種較為新型的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，因其所具有的成本低廉、操作簡單等優(yōu)勢已經(jīng)應用的越來越普遍，并且為相關(guān)企業(yè)帶來了很豐厚的經(jīng)濟回報。文章主要結(jié)合案例分析了混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固技術(shù)，提出了在混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固設計中需要注意的一些事項，希望可以供設計和工程施工人員參考。

關(guān)鍵詞：碳纖維;加固;混凝土結(jié)構(gòu)

前言

伴隨著我國科技水平的快速發(fā)展，我國材料科學也在迅速發(fā)展，將纖維材料應用在工程建設中也逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點，存在于纖維材料中的碳纖維在加固混凝土結(jié)構(gòu)的工程上有著很顯著的優(yōu)勢。比如碳纖維布所具有的高效高強功能，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延展性，改善結(jié)構(gòu)的受力性能，從而達到高效加固的目的。在當前的很多工程建設中，碳纖維布的應用已經(jīng)很廣泛，尤其是在混凝土結(jié)構(gòu)的加固補強工程中，碳纖維布的應用已經(jīng)非常普遍。

一、碳纖維布加固技術(shù)簡介

（一）碳纖維布加固技術(shù)的含義

碳纖維布加固技術(shù)指的是把碳纖維這種高性能的纖維材料應用在土木工程建設中，利用和其相配套的樹脂類粘結(jié)劑（建筑結(jié)構(gòu)膠）把碳纖維粘貼到結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件上需要加固的部位，在其表面形成復合材料體，通過其和結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的相互配合，來提高加固結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力和延性的一種比較新型的加固方法。在經(jīng)過碳纖維布加固技術(shù)加固的混凝土結(jié)構(gòu)，不管是在荷載能力上，還是在極限承載力上都會有非常明顯的提高，而且碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的施工也比較簡單，技術(shù)容易操作，從經(jīng)濟方面來考慮的話，成本也比較低。這也是為什么現(xiàn)在很多混凝土結(jié)構(gòu)在進行加固時，都采用碳纖維布加固的重要原因。

（二）碳纖維布加固的原理

用于混凝土結(jié)構(gòu)加固的碳纖維布材料一般都具有優(yōu)良的力學性能，抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍甚至幾十倍。但是，在碳纖維材料編織成碳纖維布之后，其中的各個碳纖維絲有時候很難完全的共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲就會先達到抗拉強度并且退出工作狀態(tài)，這種情況延續(xù)下去，各個碳纖維絲就會慢慢斷裂，直到整體都破壞。而如果使用粘結(jié)劑之后，各個碳纖維絲因為粘結(jié)在一起，就可以很好的合作，共同完成工作，這就更加大了碳纖維布的抗拉強度，所以，在使用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)時，必須要同時使用粘結(jié)劑，這一點是非常關(guān)鍵的。只有這樣才能確保各個碳纖維絲一起工作，從而達到加固建筑物的目的。

二、混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固設計案例分析

（一）案例概況

在XX市某小區(qū)2#住宅樓交付使用三年之后，五層的現(xiàn)澆樓板發(fā)現(xiàn)許多主應力方向裂縫。裂縫最寬的達到了3mm，這引起了很多居民的擔心。造成此問題的主要原因是拆模過早，并且在混凝土強度增長初期就開始了屋面焦渣保溫層的施工，導致拆模時混凝土的強度沒有達到屋面焦渣保溫層的荷載需要。在經(jīng)過仔細考慮和分析之后，決定采用兩層碳纖維布來加固。

（二）材料準備

1、主要材料

底膠、粘結(jié)膠、碳纖維布。

2、輔助工具和輔助材料

專用滾筒、剪刀、刮板、磨光機、鑿子、臺秤、灰刀、榔頭、丙酮。

3、搭設腳手架

根據(jù)安全施工的要求，搭設好腳手架，搭設的高度以方便施工為前提。

（三）主要的施工工藝

1、基層清理

采用混凝土磨光機、砂紙等機具把混凝土表面1-2mm的浮漿、油污等雜質(zhì)清理干凈，再用丙酮把混凝土的表面清洗干凈。

2、涂底膠

在混凝土表面清洗干凈之后，要涂抹一層底膠。注意涂抹一定要均勻。并且調(diào)好的底膠要在規(guī)定的時間內(nèi)用完，否則底膠就會失去功能，產(chǎn)生浪費。一般情況下，在40分鐘之內(nèi)用完即可。

3、粘貼碳纖維布

根據(jù)碳纖維布的使用說明，把各個組份的粘結(jié)膠在干凈的容器中均勻調(diào)和，用刮板把調(diào)好的膠均勻的涂抹在底膠上需要粘貼碳纖維布的地方，隨即把按照設計要求已經(jīng)裁剪好的碳纖維布粘貼在設計的部位，然后用專用的滾子沿著碳纖維布的受力方向來回壓，將其中的氣泡擠出來。使得碳纖維布和混凝土可以緊密的結(jié)合。等用手指感覺表面干燥后，可以進行第二層碳纖維布的粘貼，方法和第一層碳纖維布的粘貼方法是一樣的。需要注意的是，碳纖維布的搭接長度一般為100mm，端部要用橫向碳纖維布來固定。

4、做保護層

在兩層碳纖維布粘貼完，并且指壓干燥之后，再刮涂一層面膠，來回的滾壓，使面膠可以充分滲入到碳纖維布當中。在面膠干燥之后，表面要做一層保護層，一般情況下，保護層多為防水涂料或者水泥砂漿。

三、混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固效果以及注意事項

（一）碳纖維布加固技術(shù)的效果

1、使用碳纖維布來加固混凝土結(jié)構(gòu)時，可以有效提高混凝土表面的承載能力，一般可以提高15%左右。

2、隨著粘貼的碳纖維布的層數(shù)的增加，加固效果也會更強，但是層數(shù)的增加和混凝土結(jié)構(gòu)的承載力的提高并不是呈現(xiàn)正比關(guān)系的，如果粘貼2層以上的碳纖維布時，要考慮到碳纖維絲的共同工作的折減系數(shù)，通常情況下，粘貼的碳纖維布不宜超過3層。

3、由于碳纖維布的抗拉強度存在尺寸效應，會隨著碳纖維布的寬度增長度的加大，極限抗拉能力會有一定程度的下降。

4、和沒有加固過的混凝土結(jié)構(gòu)相比，使用碳纖維布加固過后的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等情況的時間會較晚，并且裂縫發(fā)展緩慢，裂縫較多，裂縫寬度也會遠小于沒有加固過的混凝土結(jié)構(gòu)。

（二）碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)需要注意的事項

1、碳纖維布加固的混凝土結(jié)構(gòu)的強度等級不能夠小于C15，工程使用環(huán)境的溫度不能夠大于60℃，如果不能滿足這些要求，要改變加固方法?；炷两Y(jié)構(gòu)的粘貼面不能存在浮漿、油污、疏松、蜂窩等。

2、為了保證碳纖維布可以和混凝土實現(xiàn)共同工作，在梁、板的抗彎、抗剪加固中，梁板下的碳纖維布應該延伸到支座邊緣。在延伸長度范圍內(nèi)，梁設U型箍和板

3、在實際的加固工程中，對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固時，除了要保證加固后的極限承載力要滿足要求以外，對其剛度也是有一定要求的。

4、在混凝土加固過程中，纖維是屬于二次受力，因此會存在應變滯后的問題，所以在加固施工時，要盡量清除結(jié)構(gòu)上的荷載，以減小纖維應變滯后量。

5、為了防止粘結(jié)膠剝離破壞情況的發(fā)生，要注意兩個方面的問題：一是要選擇合適的粘結(jié)膠，二是要保證碳纖維布有足夠的錨固。

6、碳纖維布的一個很重要的力學特點就是抗拉強度高，但利用碳纖維布加固只能起到幫助混凝土結(jié)構(gòu)表面拉應力的提高，如果原構(gòu)件的截面高度過小的話，截面彎距設計值過大，那么按照彎距計算的碳纖維布的用量可能會過多，會導致受壓區(qū)的混凝土承載力不足，這個時候，受壓區(qū)混凝土會被壓壞，鋼筋和碳纖維布都不能被充分利用。建議采用提高對構(gòu)件受壓區(qū)混凝土承載能力的辦法，比如加大構(gòu)件上部的混凝土面積，或者在受壓區(qū)粘貼鋼板或碳纖維布等。一些碳纖維產(chǎn)品具有良好的抗壓性能，如果粘貼可靠的話，性能甚至高于鋼板。

7、在實施加固工作時，施工質(zhì)量必須要保證，所以在設計施工方案時，要有詳細的施工和安全措施，施工過程中要嚴格按照施工組織和施工方案進行。

結(jié)束語

為了進一步規(guī)范碳纖維布使用的相關(guān)技術(shù)，我國制定了相關(guān)的技術(shù)標準和規(guī)程，為碳纖維布加固技術(shù)的應用和發(fā)展奠定了基礎。隨著人們對碳纖維材料的深入研究和認識，碳纖維布的加固技術(shù)將會得到更進一步的發(fā)展和提高，一些技術(shù)的不足也會慢慢被克服，碳纖維材料的性能也會變得更加優(yōu)良，從而在我國的建筑工程中發(fā)揮越來越重要的作用。

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