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碳纖維布加固在混凝土結構中的應用

發布時間：2014-07-15

　　摘要：碳纖維布加固特點，施工工藝和施工方法，加固效果，結論。

　　關鍵詞：碳纖維布；加固；混凝土結構；應用
　　 Abstract: The carbon fiber cloth reinforcement characteristics, construction techniques and construction methods, reinforcement effect, the conclusion.
　　 Keywords: carbon fiber cloth; reinforcement; concrete structures; application

　　1、引言
　　碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家。目前，隨著我國經濟建設的逐步增長，已竣工的工程和在建工程，特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變，難以滿足當前規范使用的需求，結構需進行維修、要加固，目前常用是加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設計單位加固設計中最常用的一項，它具有強度高、施工速度快、功效高的特點。碳纖維布的抗拉強度最高能達到3400Mpa以上，受力彈性模量在240000MPa以上,延伸率能達到2%，單位面積質量?300g/?。
　　2、碳纖維布加固混凝土結構的技術特點
　　碳纖維布加固法是將抗拉強度極高的碳纖維用環氧樹脂預浸成為復合增強材料；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筋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，達到結構補強和改善結構受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優勢，具有節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保證，基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，碳素纖維作為新型的補強材料，而備受青睞和關注。
　　（1）抗拉強度高，是同等截面鋼材的7-10倍，能達到提高結構的承載力，改善結構的受力性，達到加固目的。
　　（2）自身重量輕薄，密度只有普通鋼材的1/4，經加固后的原構件基本不會增大自身重量和尺寸。
　　（3）耐腐濁、耐久性好，可阻抗化學腐濁和惡劣環境、氣候變化。經研究實踐表明裸露在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護層或其他保護材料的碳纖維布壽命在50年左右。
　　（4）施工方便簡便、施工速度快、基本不占用場地、省時省力施工質量易保證。
　　（5）適用范圍廣，混凝土構件、鋼結構、木結構均可以加固。特別是對其他加固方法無法進行結構加固的結構碳纖維加固法都可以進行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等。可大幅度提高構件的承載力、抗震性能和耐久性能。
　　3、工程實例
　　 3.1概述
　　海安大世界廣場6#樓位于海安老汽車站，是海安縣文峰大世界投資新建。一至七層為購物中心，建筑面積43760 m2，集購物、休閑、娛樂為一體。在工程施工至4層結構時由于業主招商引入南京幸福藍海影業有限公司在A區6、7層增設電影院。由于影院功能需求影廳高度要達到9米以上，因此影廳內7層樓面取消，經設計院對A區重新設計驗算對4層以下及地下室柱、進行加固處理。
　　 3.2加固方案
　　設計院提出2套加固方案
　　 1、外包鋼加固法：梁部位加固在梁底粘貼6MM厚鋼板，柱加固在柱四角包8mm×L80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優點：加固材料可控性好，定期保養、油漆是鋼板長期不銹。缺點施工難度大，周期長，增加構件自重，鋼板與混凝土結構不易粘結。
　　 2、碳纖維布加固法：選用碳纖維布的抗拉強度達到3400Mpa以上，受力彈性模量在240000MPa以上,延伸率能達到2%，單位面積質量?300g/?。優點：施工容易，重量輕、體積小，速度快，碳纖維布與混凝土結構易結合，壽命能達到30～50年。
　　考慮到時間就是效益，我們選用了碳纖維布加固法進行加固處理，使工程能提前完工，商場提前開業為業主提前創造效益。
　　 3.3施工工藝流程
　　施工準備→混凝土表面處理→找平材料配置→構件表面殘缺修補→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養護。
　　 3.4施工工藝要點
　　 3.4．1、表面處理
　　 1）、混凝土表面如出現剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予剔除，對于較大面積的劣質層，在剔除后應用聚合物水泥砂漿進行修復。
　　 2）、裂縫部位，如有必要應先進行封閉處理。
　　3）、用混凝土角磨機、砂輪（砂紙）等工具，去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（R3 10mm）。
　　 4)、用吹風機將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強度聚合物砂漿修補表面凹陷底部分。
　　 3.4.2、構件表面殘缺系修補
　　 1）、混凝土表面凹陷部位應用刮刀嵌刮整平膠料修補填平，模板接頭等出現高度差的部位應用整平膠料填補，盡量減少高差。
　　 2）、轉角的處理，應用整平膠料將其修補為光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
　　 3）、整平膠料須固化后（固化時間視現場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時），方可再進行下一道工序。
　　 3．4.3、涂底膠
　　 1）、按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用攪拌器攪拌均勻，根據現場實際氣溫決定用量，并嚴格控制使用時間，在規定時間內用完。
　　 2）、用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構件表面，厚度不超過0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，等膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時），再進行下一道工序。
　　 3.4.4、碳纖維布粘貼
　　 1）、粘貼碳纖維布的氣溫應在10℃以上，按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度應在3m以內。
　　 2）、按生產廠家提供的施工工藝規定配置浸漬膠，比重稱量正確裝入容器充分攪拌均勻，一次調和量應在規定時間內用完。用滾筒刷均勻涂抹于所粘貼部位，在搭接、拐角部位適當多涂抹一些。
　　 3）、用特制光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤膠料。當需要搭接粘貼時，搭接長度應大于10cm。多層粘貼應重復以上步驟，待纖維表面指觸感干燥為宜，方可進行下一層碳纖維布的粘貼。
　　 4）、在最外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
　　 3.4.5、養護
　　粘貼碳纖維布后，自然養護1-2小時達到初期固化，應保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達到設計值自然養護應在14天左右。
　　4、加固效果
　　碳纖維布粘貼完成達到齡期后，請專業檢測部門對其與混凝土結合強度做了破壞性拉拔試驗，試驗結果拉拔強度超過設計要求，碳纖維布牢固的與混凝土粘結在一起，達到了設計要求。
　　5、結論
　　碳纖維布具有輕、薄、高強度、抗腐濁、耐老化等優點。很好的與混凝土結構形成一個共同體，使混凝土結構補強的抗拉強度達到一定的目的。
　　碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費用差不多，但碳纖維布加固施工方法簡單、速度快捷、功效高、施工場地占用少、工期短，在工期上具有明顯的優勢。
　　碳纖維布加固法效果好，強度高、適用范圍廣、施工質量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環境條件的影響，采用碳纖維布加固后基本不增加結構自身的尺寸和重量，能適應各種其它加固無法施工的結構，碳纖維加固法會在越來越多的領域廣泛應用。
　　參考文獻
　　【1】仇月冬,張鐵鵬.粘貼碳纖維布加固混凝土結構新技術【J】.郵電設計技術,2002年（7）:47-49.
　　【2】袁定安.碳纖維布加固混凝土梁技術【J】.鐵道建筑技術,2002（5）:60-62.
　　【3】湯文廣.碳纖維布加固混凝土橋梁的施工技術【J】.建筑,2011（21）:62-63.

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