研究碳纤维在混凝土结构加固中的应用

摘要：在土木工程中，由于各种原因，经常需要对已有建筑物进行维修、加固。实践证明，应用碳纤维材料对混凝土结构进行加固，是一种有较高技术含量的、全新的建筑结构加固方法。本文通过分析碳纤维在混凝土结构加固中的技术特点及设计原则，针对粘贴碳纤维加固施工工艺进行探讨，并对工程性能进行评价。 
　　 
关键字：碳纤维材料；混凝土加固；施工质量；性能评价
 

　　 
　　1 碳纤维材料在混凝土结构加固中的技术特点 
　　 
　　高强高效。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性，改善其受力性能，达到高效加固修补的目的。 
　　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。根据有关统计资料，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4-8倍。 
　　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。 
　　适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛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。尤其重要的是，对于一些大型桥梁桥墩、桥梁、桥板以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等，采用旧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。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％ 就可以了。 
　　碳纤维材料质量轻且薄，粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。 
　　 
　　2 碳纤维加固技术的设计原则 
　　 
　　碳纤维加固修补砼结构作为一项新技术，既有其不可比拟的优点，但也有其一定的适用范围和适用条件，超出此范围而盲目地采用此技术就会导致不安全、不经济、不合理的后果。首先，被加固结构构件的最小截面尺寸必须满足有关规范的要求；其次，被加固构件的受压区高度、配筋率、面积配箍率、体积配箍率等仍要满足现有规范的要求；第三，要求加固后不改变原有结构的最终破坏形式；碳纤维布的应用存在使用效率问题，同样的碳纤维布用量，分条加固效果好于整条粘贴，构件受弯承载力随碳纤维布用量的增加而提高，当碳纤维布使用层数较少时，提高幅度相对较大，随着碳纤维布层数的增加，提高幅度相应减少；当碳纤维布用量过多时，构件破坏将由碳纤维布被拉断引起的破坏转变为砼被压碎破坏，构件延性有所降低。 
　　 
　　3 粘贴碳纤维加固施工工艺 
　　 
　　3.1 工艺流程 
　　被加固结构物表面处理→断面修复→底层表面的涂布→不平面修整→碳纤维贴片施工→固化→表面涂装→施工质量检查 
　　3.2 施工工序概述 
　　混凝土表面如出现表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平，除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物，凸出部位要磨平，转角部位要倒成≥20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。