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碳纖維布加固混凝土結構的技術與應用
發布時間：2014-07-15
【摘要】粘貼碳纖維布進行混凝土結構加固技術是一種新型的加固技術，在現今建筑工程中已廣泛應用，它是采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在各種建筑結構構件表面，以提高混凝土結構構件的抗彎、抗剪、抗震等能力，達到對建筑物、構筑物進行加固、補強的作用。本文主要闡述碳纖維布在加固混凝土結構方面的技術與應用。 【關鍵詞】碳纖維布；混凝土結構；加固技術
一、碳纖維布的定義
碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90％以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等。碳纖維比重性能小，因此有很高的比強度。
二、碳纖維布應用的范圍及優點
碳纖維布在建筑市場上廣泛應用于使用荷載的增加、抗震需求、抑制裂縫、材料老化等，在加固混凝土結構方面適用于各種結構類型、部位的修補，如梁、板、柱子、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構。
碳纖維布加固主要的優點：
1、耐酸、堿、鹽及大氣環境耐腐蝕性能非常好，能保護混凝土結構等其他材料的表面及內部質量。
2、碳纖維布物理力學性能非常優秀，彈性模量數據與鋼接近，抗拉強度大大高于普通鋼筋，眾多試驗表明碳纖維布加固鋼筋混凝土是最理想的方案之一。
3、施工質量能夠得到保證：碳纖維布材料性能是柔軟，形狀可任意塑造，能采用技術處理辦法保證被加固對象表面無氣泡、無空隙存在。
4、施工非常方便，現場無須任何借助任何大型施工設施和機械用具。
5、碳纖維布形狀可任意剪裁，適合于混凝土各種類型結構和形狀，且不影響結構外觀質量，最重要的是施工工藝簡單，工期短。
6、重量輕、厚度薄：粘貼后每平方米重量一般小于1.0kg，粘貼一層碳纖維布厚度僅為1.0mm左右，加固修補后的自重和外形尺寸可忽略不計。
由此可見，碳纖維布加固在工程建筑上產生的經濟效益非常之大。
三、碳纖維布加固在具體工程實例的應用
1、工程概況
某工程住宅樓，地下一層，地上十八層，框架結構，填充墻體材料為頁巖多孔磚，樁基采用鉆孔灌注樁，基礎為�板基礎，主體結構砼為商品砼，地下室層高5米，地上部分層高2.9米。基礎混凝土標號C40，地下室C35，地上部分C30，抗震按設防烈度6度設計。由于業主需要原已建的住宅樓需增加一層，一~二層住宅層改為商用用途。經房屋結構檢測，設計院對原承載結構計算進行復核，需要要對原住宅樓進行全面補強、加固處理。結構加固有以下內容：
（1）根據施工圖需要增加一層，增加層柱子采用變小截面取定，梁、屋面板采用輕型鋼結構、壓型板等材質處理
（2）一~二層框架柱采用整體碳纖維布加固、梁端增加結構構造措施，提高結構抗震能力和延性。
2、設計依據及要點
加固內容的設計依據有《混凝土結構加固設計規范》、《建筑結構荷載規范》、《混凝土結構設計規范》、《建筑抗震加固技術規程》、《混凝土結構后錨固技術規程》以及原設計結構施工圖紙、房屋結構檢測報告要求等。
設計要點：采用加大截面法加固的框架柱，對需要加固的結構梁、柱采用如下措施：梁側邊用碳纖維布用150mm款U形箍、中間間隔的凈距150mm，上口用150mm寬碳纖維布壓邊收頭處理。梁底采用一層200mm寬碳纖維布粘貼，局部增加為3層；主次梁交叉部位局部作碳纖維布U形箍加強。柱子加固：柱高全范圍內粘貼三層碳纖維布，采用封閉式連續粘貼，纖維方向與柱軸線方向垂直。纖維布與混凝土之間、纖維布與纖維布之間都涂有環氧樹脂膠，纖維布纏需要搭接10mm。
（3）材料要求：碳纖維布的規格為0.1mm×45mm,極限抗拉強度不小于3600Mpa。
四、施工工藝及質量控制要點
施工操作順序
1、混凝土構件基底處理
（1）用吹風、哄干機將混凝土表面保持干燥，并無油污、附著物。
（2）混凝土表面蜂窩、麻面等缺陷部位應予剔除，對疏松部位進行鑿出干凈后，用提高一級的砼振搗修補。
（3）混凝土若產生的結構貫穿裂縫，需用環氧樹脂及其他技術進行封閉處理。
2、混凝土構件表面涂底膠
（1）根據設計要求比例將主劑與固化劑放置器量具中，經現場攪拌，在有效時間內使用。
（2）使用毛刷在被加固混凝土構件表面均勻涂滿刷底膠，來回兩遍，總厚度保持在0.5mm以下，等待膠固化干燥。
3、用整平膠料找平
（1）混凝土面層炸模現象先用鑿子鑿平，有油污、凹凸不平處用砂輪機磨平，然后用整平膠批平。
（2）等待整平膠干燥約3小時后再觀察表面是否有塵灰和顆粒，需清除后才能進入下道工序。
4、在混凝土構件表面粘貼碳纖維布
（1）按設計圖紙要求尺寸，在碳纖維布進行排版放樣，按照放樣的位置進行裁剪，裁剪的邊必須光滑，避免有卷口，引起邊緣局部不平整。
（2）按設計要求配置粘貼膠料，用毛刷在被加固混凝土表面處來回均勻涂刷粘貼膠料，避免有流淌及氣泡產生，特別在構件的搭接、拐角尤其需要注意。
（3）在粘貼好的碳纖維布表面用滾筒來回反復滾壓，使碳纖維布充分浸潤膠料，確保碳纖維布內無氣泡產生，待完全干燥后，方可進行下一層碳纖維布的粘貼。
5、施工規范質量、安全措施要求
施工質量規范要求：基層混凝土構件的混凝土強度標號不得低于C15；碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100mm；碳纖維布的端部在必要時應采取相應的附加措施，如采取鋼板固定等；粘貼碳纖維布應盡量避開障礙物，如遇無法清除的障礙物而需截斷時，在截斷部位要予以適當強化處理。
施工安全措施：碳纖維布裁剪及使用時應盡量遠離電源，尤其是高壓電線及輸電線路，避免產生火花引起火災；碳纖維布的配套用膠要遠離火源，避免陽光直接照射，做好遮陽防塵措施；現場施工人員應穿工作服，同時還須佩戴口罩和手套，施工人員嚴禁在現場吸煙；配置及使用膠的場所必須保持良好的通風，防止施工作業中毒。
6、施工溫度要求
在使用碳纖維布加固混凝土時，必須注意是施工的現場溫度。現場溫度一般控制在50攝氏度左右，若溫度長期處于較低溫狀態，要采取其它技術處理措施或暫停施工，以保證施工現場質量。
五、結束語
碳纖維布材料是非常有前途的新型材料，是目前性能最好，用途最多的增強纖維。隨著碳纖維布在混凝土應用不斷的發展，目前完全可以與粘鋼技術的性能相媲美，而且很快可以替代粘鋼技術，能夠最大發揮它的經濟與技術的效益。
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