碳纖維加固技術

 

由於設計、施工或一些其他原因會造成鋼觔混凝土結構損坏或出現承載力不足等現象，需要對鋼觔混凝土結構進行修補加固等。以往的鋼觔混凝土結構修補大多採用粘鋼法或外包混凝土及鋼觔法。但由於這些方法施工複雜，體量龐大，施工週期較長等容易產生一些質量問題。碳纖維片材加固修補鋼觔混凝土結構是近年來發展起來的一種結構修補新技術。碳纖維是一種力學性能優異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500 MPa以上，是鋼的7～9倍，抗拉彈性模量為230～430 Gpa亦高于鋼。碳纖維片材加固技術與傳統的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補強相比，具有節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保証，基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點。該項技術已廣氾應用於市政、工民建等領域的結構的加固修補，是鋼觔混凝土結構的又一種新型加固技術。 

　　1 碳纖維片加固修補混凝土技術的原理及特點 

　　碳纖維片是用抗拉強度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，並經環氧樹脂膠預浸而成的碳纖維增強復合片材。將抗拉強度極高的碳纖維片材用環氧樹脂預浸成為復合增強材料（單向連續纖維）；用環氧樹脂粘結劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結構上，形成一個新的復合體，使增強粘貼材料與原有鋼觔混凝土共同受力增大結構的抗裂或抗剪能力，提高結構的強度、剛度、抗裂性和延伸性。 

　　碳纖維片材加固修補混凝土工藝的關鍵在於碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性，以保証與原有結構形成整體，共同工作。碳纖維片加固修補混凝土技術具有以下特點。 

　　（1）高強高效，碳纖維片的抗拉強度高； 

　　（2）具有良好的耐久性和耐酸碱鹽各類化學介質的腐蝕； 

　　（3）抗紫外線及抗輻射能力強； 

　　（4）施工簡便，施工質量易保証； 

　　（5）具有良好的耐水性； 

　　（6）能符合環保要求。 

　　2 施工情況 

　　合肥市某高校圖書閱覽綜合樓工程為地上十層地下一層的框架結構，因設備後期安裝及圖書等荷載較大，故設計採用了碳纖維對該工程部分結構進行了加固處理。 

　　2.1 原材料的性能 

　　所用碳纖維的性能見表1，粘結樹脂性能見表2。 

　　2.2 施工工藝 

　　碳纖維片加固技術施工工藝應為卸荷→基底處理→塗底膠→找平→粘貼→保護。 

　　（1）卸荷 

　　加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。 

　　（2）基底處理 

　　①混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對於較大麵積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行 

　　修復。 

　　②裂縫部位應首先進行封閉處理。 

　　③用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理並打磨成圓弧狀（R≥10 mm）。 

　　④用吹風機將混凝土表面清理乾淨，並保持乾燥。 

　　（3）塗底膠（FP膠） 

　　①按主劑∶固化劑=2∶1的比例將主劑與固化劑先後置於容器中，電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量並嚴格控制使用時間。一般情況下1h內用完。 

　　②用滾筒刷將底膠均勻塗刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸乾燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為2～3 d。 

　　（4）找平 

　　①混凝土表面凹陷部位應用FE膠填平，模板接頭等出現高度差的部位應用FE膠填補，儘量減小高度差。 

　　②轉角處也應用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小於10 mm。 

　　（5）粘貼 

　　①按設計要求的尺寸及層數裁剪碳纖維片。 

　　②調配、攪拌粘貼材料FR膠（使用方法與底膠FP相同），然後均勻塗抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多塗刷一些。 

　　③粘貼碳纖維片，在確定所粘貼部位無誤后，用特製滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，並使FR膠充分浸透碳纖維片。多層粘貼應重複上述步驟，待碳纖維片表面指觸乾燥方可進行下一層的粘貼。 

　　④在最後一層碳纖維片的表面均勻塗抹FR膠。 

　　⑤碳纖維片沿纖維方向的搭接長度不得小於100 mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。 

　　（6）保護 

　　加固后的碳纖維片表面應採取抹灰或噴防火塗料進行保護。 

　　2.3 質量檢驗 

　　從以上試驗結果可以看出，加固結構的破坏形式均為混凝土破坏，由此可見採用上述工藝進行碳纖維片材施工，其施工質量是能夠得到充分保証的。 

　　3 結語 

　　該工程採用碳纖維片材進行加固處理，所使用的材料質量均符合有關規範要求，採取的施工工藝能夠保証碳纖維片加固的施工質量。因此，採用碳纖維片材加固混凝土結構是一種科學可靠的加固措施。