碳纤维布加固在混凝土结构中的应用
关键词：碳纤维布,加固,混凝土结构,应用
1、引言
碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。目前，随着我国经济建设的逐步增长，已竣工的工程和在建工程，特别是公建工程随房屋功能的需要的不同而改变，难以满足当前规范使用的需求，结构需进行维修、要加固，目前常用是加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢法、粘钢加固法和碳纤维加固法。前3种的加固方法施工周期长、占地大、功效小。碳纤维布加固是目前设计单位加固设计中最常用的一项，它具有强度高、施工速度快、功效高的特点。碳纤维布的抗拉强度最高能达到3400Mpa以上，受力弹性模量在240000MPa以上,延伸率能达到2%，单位面积质量≦300g/㎡。
2、碳纤维布加固混凝土结构的技术特点
碳纤维布加固法是将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料;用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性，达到结构补强和改善结构受力的目的。与加大截面法、外包钢法、粘钢加固法相比碳纤维布加固具有明显的优势，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为新型的补强材料，而备受青睐和关注。
(1)抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍，能达到提高结构的承载力，改善结构的受力性，达到加固目的。
(2)自身重量轻薄，密度只有普通钢材的1/4，经加固后的原构件基本不会增大自身重量和尺寸。
(3)耐腐浊、耐久性好，可阻抗化学腐浊和恶劣环境、气候变化。经研究实践表明裸露在外面的碳纤维布的寿命在30年左右。而表面涂抹水泥砂浆保护层或其他保护材料的碳纤维布寿命在50年左右。
(4)施工方便简便、施工速度快、基本不占用场地、省时省力施工质量易保证。
(5)适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可以加固。特别是对其他加固方法无法进行结构加固的结构碳纤维加固法都可以进行加固施工。像隧道、烟囱、受盐腐的混凝土、桥梁等。可大幅度提高构件的承载力、抗震性能和耐久性能。
3、工程实例
3.1概述
海安大世界广场6#楼位于海安老汽车站，是海安县文峰大世界投资新建。一至七层为购物中心，建筑面积43760 m2，集购物、休闲、娱乐为一体。在工程施工至4层结构时由于业主招商引入南京幸福蓝海影业有限公司在A区6、7层增设电影院。由于影院功能需求影厅高度要达到9米以上，因此影厅内7层楼面取消，经设计院对A区重新设计验算对4层以下及地下室柱、进行加固处理。
3.2加固方案
设计院提出2套加固方案
1、外包钢加固法：梁部位加固在梁底粘贴6MM厚钢板，柱加固在柱四角包8mm×L80 mm角钢4mm×50厚缀板@250焊接灌浆。优点：加固材料可控性好，定期保养、油漆是钢板长期不锈。缺点施工难度大，周期长，增加构件自重，钢板与混凝土结构不易粘结。
2、碳纤维布加固法：选用碳纤维布的抗拉强度达到3400Mpa以上，受力弹性模量在240000MPa以上,延伸率能达到2%，单位面积质量≦300g/㎡。优点：施工容易，重量轻、体积小，速度快，碳纤维布与混凝土结构易结合，寿命能达到30～50年。
考虑到时间就是效益，我们选用了碳纤维布加固法进行加固处理，使工程能提前完工，商场提前开业为业主提前创造效益。
3.3施工工艺流程
施工准备→混凝土表面处理→找平材料配置→构件表面残缺修补→底胶配置→涂刷底胶→浸渍树脂胶配置→粘贴碳纤维布→表面养护。
3.4施工工艺要点
3.4.1、表面处理
1)、混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
2)、裂缝部位，如有必要应先进行封闭处理。
3)、用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R³ 10mm)。
4)、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。使用高强度聚合物砂浆修补表面凹陷底部分。
3.4.2、构件表面残缺系修补
1)、混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平，模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补，尽量减少高差。
2)、转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。
3)、整平胶料须固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时)，方可再进行下一道工序。
3.4.3、涂底胶
1)、按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间，在规定时间内用完。
2)、用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时)，再进行下一道工序。
3.4.4、碳纤维布粘贴
1)、粘贴碳纤维布的气温应在10℃以上，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度应在3m以内。
2)、按生产厂家提供的施工工艺规定配置浸渍胶，比重称量正确装入容器充分搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。
3)、用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。当需要搭接粘贴时，搭接长度应大于10cm。多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面指触感干燥为宜，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。
4)、在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
3.4.5、养护
粘贴碳纤维布后，自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期不受外界干扰和碰撞。碳纤维布粘贴后达到设计值自然养护应在14天左右。
4、加固效果
碳纤维布粘贴完成达到龄期后，请专业检测部门对其与混凝土结合强度做了破坏性拉拔试验，试验结果拉拔强度超过设计要求，碳纤维布牢固的与混凝土粘结在一起，达到了设计要求。
5、结论
碳纤维布具有轻、薄、高强度、抗腐浊、耐老化等优点。很好的与混凝土结构形成一个共同体，使混凝土结构补强的抗拉强度达到一定的目的。
碳纤维布加固法与粘钢加固法比较费用差不多，但碳纤维布加固施工方法简单、速度快捷、功效高、施工场地占用少、工期短，在工期上具有明显的优势。
碳纤维布加固法效果好，强度高、适用范围广、施工质量容易保证、耐腐浊及耐久性好不受环境条件的影响，采用碳纤维布加固后基本不增加结构自身的尺寸和重量，能适应各种其它加固无法施工的结构，碳纤维加固法会在越来越多的领域广泛应用。
参考文献
【1】仇月冬,张铁鹏.粘贴碳纤维布加固混凝土结构新技术【J】.邮电设计技术,2002年(7):47-49.
【2】袁定安.碳纤维布加固混凝土梁技术【J】.铁道建筑技术,2002(5):60-62.
【3】汤文广.碳纤维布加固混凝土桥梁的施工技术【J】.建筑,2011(21):62-63.
