混凝土结构碳纤维加固施工技术

混凝土结构碳纤维加固施工技术

作者：柳中革

来源：《科学与技术》2018年第18期

摘要：大多数建筑物随着社会的发展和时间的流逝，会因老化、损坏、灾害等造成使用性能下降，或因使用功能改变、技术落后而无法满足继续使用的要求。这时应根据实际情况对其进行加固或改造处理，以满足不同的使用要求，本文仅就粘贴碳纤维加固法应用阐述几点认识。

关键词：碳纤维；加固；胶粘剂

引言

碳纤维是一种含碳量在95%以上，高强度、高模量的新型纤维材料，具有耐腐蚀、耐高温、导电导热性能好等特点，抗拉强度是常用建筑材料钢筋的十几倍。将其应用在混凝土结构加固技术中，碳纤维通过环氧树脂粘结在混凝土结构表面，使碳纤维材料与原来混凝土结构融为一体，利用碳纤维强抗拉性能增强了混凝土结构的承载力。

1按照加固中所应用的技术方法与手段分类

加大截面加固法、外包钢加固法、预应力加固法、改变结构传力途径加固法、裂缝灌注修加固法、粘贴纤维加固法、粘钢加固法等。粘贴纤维加固法是指采用粘贴型胶粘剂，将纤维增强复合材料粘贴于原构件的混凝土表面，使之形成具有整体性的复合截面，以提高承载力和延性的直接加固法。纤维主要有增强塑料、玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维等，粘贴纤维加固法与粘贴钢板加固法的优点相似，施工方法相对简单、应用范围比较广泛，同时还具有耐腐、耐潮湿、增加结构自重小、耐用、维护费用低等特点，适用于各种受力性质的混凝土结构和一般构筑物构件的加固，在维持原有结构状态的同时，满足业主对建筑物追求有效使用空间及外观的要求。缺点是由于纤维材料直至拉断时均表现为线弹性性质，且拉断时呈明显的脆性，应避免用于混凝土强度低于C20级结构构件的加固，需要专门的防火处理。

2碳纤维的适用范围

碳纤維是国民经济和国防军工中重要的战略物资，随着碳纤维技术的发展和进步，碳纤维材料应用在航天航空、机械、化工、电子、体育、建筑等各个领域。碳纤维加固应用在建筑工程中，适用桥梁隧道、民用建筑的混凝土梁、柱、剪力墙结构、衬砌、罐体等各种建筑结构形状、建筑类型和各种结构部位。

3受力分析

根据GB50367-2013，碳纤维加固适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件，其应用方式一般为在受拉区表面粘贴碳纤维，纤维方向与受拉方向一致；但碳纤维加固不适用于素混凝土构件，也不适用于纵向受力钢筋配筋率低于现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010-2010规定的最小配筋率的构件加固。从本人实际工程加固体验看，碳纤维加固对结构的承载力不能够大幅提高，对梁的受弯、受剪承载力提高较直接，对柱的受剪承载力也有一定提高但对柱子的压弯承载力提高不明显，且规范GB50367中也明确规定钢筋混凝土结构构件加固后，其正截面受弯承载力的提高幅度不应超过40%，并且应验算其正截面受剪承载力，避免因受弯承载力提高后而导致构件受剪破坏先于受弯破坏。如果结构构件的承载力差得很多，就应采用其他的加固方法。所以在一个全面加固的工程中，常常采用几种加固方法相结合，使不同的混凝土结构构件加固达到最佳的受力状态。

4.碳纤维加固工艺流程及施工方法

4.1工艺流程

碳纤维加固工艺流程大致为：混凝土表面处理→涂底层树脂→找平→涂导线浸渍树脂→粘贴碳纤维布→养护→涂装→加固工程验收。

4.2施工方法

4.2.1混凝土表面处理

碳纤维加固施工前，必须对混凝土表面进行处理卸去部分荷载，让碳纤维粘贴结构承受荷载减少到最小。混凝土表面处理遵守以下几点：

1）混凝土裂缝。如果混凝土裂缝宽度小于0.2mm，则用环氧树脂对表面进行涂抹封闭；如果混凝土裂缝大于0.2mm，则用环氧树脂灌注裂缝。2）清理混凝土表面破损和残缺的部位，让混凝土表面保持平整。3）检查混凝土结构外部钢筋是否有腐蚀的现象，如果有腐蚀立即进行处理。4）对清除、剔凿、漏筋构件的破损部位，用环氧砂浆进行修补，让构件表面保持平整。5）混凝土结构表面凸出的部分要剔除，打磨平整。对棱角的部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径必须大于30mm。6）混凝土表面修复平整以后，用吹风机吹干净表面的灰尘，并用水和酒精清洁表面，让表面保持干燥。

4.2.2涂底层树脂

首先将涂料按比例配置好，然后用滚筒刷均匀的将底层涂料涂刷在混凝土表面，等树脂涂料干燥以后才能进行下一步施工。底层树脂涂抹干燥以后，部分表面会出现凸起的现象，用砂布磨平。

4.2.3找平

用整平胶料找平，混凝土表面凹陷部位用胶料修补平整，在模板接头等高差大的地方用整平胶料填补。其次对混凝土材料的转角处进行处理，转角处用整平胶料修补，将其修补成为一个光滑的圆弧，其半径不小于10mm，整平胶料固化干燥以后才能进行下一步的施工。整平胶料的固化时间根据施工环境温度确定，一般大于3h。

4.2.4涂导线浸渍树脂

浸渍树脂是整个加固混凝土的关键环节，是连接底胶和碳纤维布的关键材料。通过浸渍树脂，将碳纤维布粘贴在混凝土表面，经过碾压以后，让浸渍树脂浸透到碳纤维中，让其形成一个整体，共同抵御外力。浸渍树脂必须具有良好的渗透性和粘合力，确保碳纤维材料与混凝土结构结合成受力整体，从而达到加固的目的。

5质量控制要点

粘贴碳纤维片的时候，碳纤维片要大于原来混凝土结构的面积，但是粘贴的位置与设计位置的偏差不能太大，控制在10mm以内。施工以后要对碳纤维片材与混凝土结构粘贴的质量进行检查，轻轻按压或者用小锤子敲打粘接好的材料表面，粘接材料的有效面积不能少于95%，如果粘接材料的空鼓面积大于10000mm，则要将空鼓面积全部切除，然后重新粘接材料。如果小于10000mm，则可以直接在空鼓内注射树脂。碳纤维具有导电性，所以要远离电源和电气设备，与其配套的树脂要密封处理，避免阳光直射，并远离火源。

6碳纤维加固法施工注意事项

6.1施工准备

施工前应对粘贴部位混凝土构件表层含水率及所在环境温度进行测量，若表层含水率大于4%或环境温度小于50℃，则应采取措施降低构件表层含水率，达到要求后方可施工。施工前应按设计图纸在加固部位放线定位。

6.2表面处理

应清除加固构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化的部分，至露出混凝土结构层，混凝土结构构件破裂、缺角处应补平，确认混凝土表面平整度达到5mm/m；转角处磨成弧状（曲率半径R=20mm），最后用强力吹风机或吸尘器将表面粉尘彻底清除并用丙酮擦净保持干燥。

6.3按照设计要求的尺寸

（一般宽度有100mm、150mm、200mm或更宽）裁剪碳纤维布，要求剪裁后的布边缘平直顺滑，不得有凹凸缺角。按照产品供应商提供的工艺要求配置胶粘剂，胶粘剂搅拌混合须均匀，并均匀涂抹于需要粘贴部位的混凝土结构构件的表面上，不垂流，并根据产品说明掌握胶粘剂的硬化时效。