1、碳纤维加固混凝土结构原理与施工工艺探究摘要： 在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度和抗变形能力，减少裂缝的开展，但在加固完成后的正常使用状态中，碳纤维布与钢筋混凝土各自发挥了多少作用，它们的应力状态又是如何，希望本文能起到抛砖引玉的作用，将这些问题进一步研究认识。 关键词：混凝土结构原理 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号： 在土建工程中，由于各种原因，经常要对既有建筑结构进行补强、加固。其中一种全新的建筑结构加固方法碳纤维材料对混凝土结构进行加固目前得到了越来越广泛的应用。碳纤维自身具有强度高、自重轻、施工方便、快捷等优
2、良性能，因而利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高其承载能力及延长使用寿命在建筑工程施工中有着广泛的发展前景。 一碳纤维加固混凝土结构技术 碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固、修复混凝土结构技术是上世纪 90 年代在我国兴起的一项新型加固技术，该项技术是将高性能纤维碳素纤维应用于土木工程，利用树脂类材料将碳纤维粘贴于结构构件表面，形成复合材料体（CFRP） ，通过其与混凝土结构或构件的协同工作，达到对结构构件补强、加固及改善受力性能的目的。 二碳纤维加固混凝土结构技术原理 碳纤维材料具有强度高、弹性模量高、重量轻及耐腐蚀等特点，其抗拉强度是普通钢
3、筋的十倍左右，弹性模量略高于普通钢筋弹性模量，某些种类(如高弹性)碳纤维的弹性模量在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种理想的加固修复材料。碳纤维加固修复混凝土结构所用材料主要有碳纤维与配套树脂。其中配套树指包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，后者的作用是使碳纤维与混凝土形成一个复合整体而共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪力，达到对结构构件的加固、补强。 三碳纤维布加固混凝土结构优点 采用碳纤维布加固结构具有高强高效的优点。 首先，由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性，改善其受力性能，达
4、到高效加固修补的目的。 其次，该加固技术施工便捷，工效高，无湿作业，不需大型施工机具，施工占用场地少。经统计同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维材料是粘贴钢板施工工效的 5-8 倍。 第三，其具有极佳的耐腐蚀性能及耐久性。试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。 第四，其适用范围广泛。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可适用于各种结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等)、各种结构形状(如矩形、圆形、曲面结构等)、各种结构部位(如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等)的加固修补，且不改变结构形状，这是目前任何一种结构加固方法所不可比拟的。尤
5、其重要的是，对于一些大型桥梁、桥墩、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用以往的加固手段几乎无法实施，而采用该项加固技术都能顺利解决，施工质量易保证。 第五，由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整也基本可以达到 100的有效粘贴率，而粘贴钢板则很难达到 100的有效粘贴面，相应的验收标准也只要求其达到 70即可。碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后重量不大于 1.0kg/m2，粘贴一层的厚度仅 1mm 左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。 四碳纤维加固混凝土框架施工工艺 一）.技术准备 首先利用回弹法对框架混凝土进行检测，以提供加固所需参考数据。经检测后得到混凝土
6、的实际强度，再根据设计图纸及现场混凝土、钢筋的受损情况，考虑提高混凝土的强度等级并以此确定粘贴层数。 在受弯加固时，应使碳纤维片材的纤维方向与受拉区的拉应力方向一致。如梁底宽度为 300mm，而碳纤维布宽度为 610mm，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及框架梁下的受拉范围，将碳纤维布裁为两部分，第一层 300mm 宽，第二层 310mm 宽，分两层粘贴在梁的下侧；再粘贴 100mm宽碳纤维布“U”形箍；框架梁两侧上边缘各粘贴四根 100mm 宽碳纤维布固定碳纤维“U”形箍。框架柱加固时类比上述梁加固做法。 碳纤维布的主要力学指标 二）.材料准备 配套粘结材料有冬季和夏季两种型号，分别由 A 剂和
7、 B 剂配制而成，其中 A 剂为混合料，B 剂为固化料，分别包装，现场使用时，按工艺要求规定的比例混合均匀，形成所需的底层、找平和粘结树脂。 底层树脂：用于增强混凝土表面与找平材料或粘结树脂界面粘结强度； 找平树脂：使加固表面平整度符合规定要求，并与底层树脂及粘接树脂具有可靠的粘结强度； 粘结树脂：主要粘结材料，其作用使碳纤维布与混凝土有效粘结，共同承受荷载。 配套树脂主要力学性能指标 三）.加固施工 1）.工艺流程：表面处理修补找平定位、下料胶料配制粘贴碳纤维布表面防护检验、验收。 2）.施工工法 （1） 、表面处理：清理所粘贴部位混凝土表层，混凝土表面应露出结构，本体洁净，打磨平整，经表面
8、处理后的粘贴面平整度要求 5mm/m；构件转角应成圆弧状，半径不小于 20mm，打磨后用吹风机吹净并清洗干净。 。 （2） 、修补找平：被加固的框架混凝土保护层疏松或局部裂纹、蜂窝，应清除直至露出结构层后用砂浆修补表层，有高差及转角部位、凹凸处应采用砂浆找平，抹成平滑曲面。 （3） 、树脂配制：粘结树脂调制前对 A、B 组分按规定比例分别搅拌，混合后再充分搅拌均匀。胶料应严格按比例配制，调胶使用的工具应为低速搅拌器，搅拌应充分均匀，配制搅拌后的胶料应无沉淀、色差气泡，并应防止灰尘杂质混入胶料。 （4） 、粘贴碳纤维布：按设计要求尺寸裁剪碳纤维布，不得损伤横向织物面，将配制好的粘结胶均匀涂抹在粘
9、贴部位的混凝土面上，然后铺贴碳纤维布并用滚筒沿碳纤维纤维方向滚压多次，平整无气泡，使粘结胶充分浸透纤维。 （5） 、表面防护：在粘贴好的碳纤维布最后一层均匀涂抹一道粘结胶进行防护，涂抹应均匀充分，不应漏涂。 （6） 、检验：粘贴完工经固化后，进行检验。密实度可用小锤敲击构件粘贴表面，通过不同声音判别密实情况。密实度应达到相关规定，否则应重新修补后再检验。 3）.质量检验及验收标准 （1） 、纤维产品应按设计图纸要求选用，技术指标必须符合有关规定，所用纤维产品应有产品质量保证书。 （2） 、粘结树脂应按设计要求选用，符合基本性能要求，所用胶料产品应有产品质量保证书。 （3） 、施工质量检验及验收
10、标准 （2） 空鼓面积站总粘贴面积5。 锤击法或其它方法 全部或抽样 四小结 碳纤维加固技术在施工前必须选择合适的粘结剂，掌握各材料的有关技术参数，在施工中必须保证碳纤维布与结构共同工作，这就需要在施工过程中，参照使用说明，每道工序都处理好，应尽可能让树脂胶充分地渗入到碳纤维丝之间确保相互共同工作，细部空鼓处，可用针筒注射树脂胶补填密实。本工艺所用材料碳纤维布可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种结构表面附着物遮挡处随意穿过，施工非常方便。因此，碳纤维材料加固结构技术优点十分明显，应用前景很光明。 碳纤维粘贴结构加固技术是一项新型加固技术，已经得到较为广泛的应用，在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度和抗变形能力，减少裂缝的开展，但在加固完成后的正常使用状态中，碳纤维布与钢筋混凝土各自发挥了多少作用，它们的应力状态又是如何，希望本文能起到抛砖引玉的作用，将这些问题进一步研究认识。
