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1、碳纤维布加固混凝土结构技术应用梁华杰、徐金根（江苏省华建建设股份有限公司上海分公司201104 ）摘要:碳纤维材料具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点，其抗拉强度 是同等截面钢材的7-10倍。用碳纤维材料修复补强混凝土结构是近几年来发展而成的新型工法，当 结构构件受损时，采用高性能粘结剂将碳纤维片材粘贴于受损构件表面，使两者共同工作，提高结 构构件的抗弯或抗剪能力，由此而达到对结构构件加固、补强的目的。关键词:碳纤维布加固1、工程概况上海明申花园三期工程位于闵行区吴中路，由整体地下室和六幢塔楼组成。地下室顶板厚度 350mm，混凝土强度C35。在施工过程中，由于施工场地狭窄，
2、部分地下车库顶板兼作施工便道，在 施工过程中因保护不当，造成局部顶板出现裂缝，累计长度近20m。经专业人员现场鉴定，裂缝宽 度在0.2mm以内，基本能满足使用要求，但考虑该位置处在绿化范围内，覆土高度近1米。为防止 受损面在日后的使用过程中受外界影响进一步扩大，建议对该处顶板进行加固处理。根据现场情况， 所选用的加固方案既不能影响原有的使用功能，还要充分考虑经济性及操作的方便，经与业主、设 计人员反复讨论后确定采用粘贴碳纤维布进行加固。2、加固技术简介及方案设计2.1碳纤维材料特点：将连续的高抗拉强度的碳纤维束单向或多向排列后即形成碳纤维布，碳纤维布经树脂浸渍固化后 称为碳纤维板；碳纤维布和碳
3、纤维板统称为碳纤维片材。碳纤维材料具有强度高、弹性模量高、重 量轻及耐腐蚀性好的特点，另外碳纤维没有类似钢筋的屈服点，在达到极限抗拉前应力一应变关系 为线弹性。2.2碳纤维材料加固混凝土适用范围2.2.1在梁、板构件的受拉面粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向应与构件轴向一致。2.2.2采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，纤维方向宜与构件轴向垂 直。2.2.3采用封闭式粘贴形成的约束混凝土对柱进行加固，纤维方向应与柱轴向垂直。2.2.4当有可靠依据时，碳纤维片材也可用于其它混凝土结构构件和受力形式的加固。2.2.5采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，混凝土强度不宜低于C
4、15,长期使用的环境温度不得 高于60C。2.3方案设计本工程裂缝位置主要分布在EF/56轴间，位于背水面共四条呈不规则状。现场对裂缝分布情况、裂缝宽度、深度进行鉴定后，根据碳纤维片材加固混凝土结构技术规程中对于受弯构件加 固应满足的要求进行验算，确定采用厚度0.167mm的单层碳纤维布，纤维单位面积质量不低于300g/m2, 弹性模量EcfN2.1X105Mpa。将碳纤维布裁剪成500m宽，1500mm长的条幅后采用配套粘结剂贴在 裂缝表面，两层碳纤维布间搭接长度不小于150mm。为保证其稳定性，沿E轴方向粘贴300mm宽碳 纤维布一层作为压条，如下图所示：图1粘贴位置示意图3、施工准备3.
5、1材料准备本工程选用同固牌单层碳纤维布及其配套胶水，名义厚度0.167mm，碳纤维束为日本东丽(T 一 700-12K)原丝，其单丝强度5120Mpa，单向碳纤维布抗拉强度为3600Mpa。伸长率1.5%。配套胶 水由底层树脂及浸渍树脂组成。图2 碳纤维布外观3.2现场准备3.2.1根据施工现场和被加固构件混凝土实际情况制定施工方案和施工计划；3.2.2清除堆压在拟加固板面的周转材料及各种杂物，将板面清理干净后进行蓄水，检查裂缝是否 有渗漏现象。3.2.3按照设计要求将碳纤维布裁至规定尺寸(1500mmX 500mm)。4、施工.方法4.1碳纤维布粘贴施工流程图3施工流程示意图4.2表面处理4
6、.2.1面层处理对被加固构件表面的浮渣、模板接搓及剥落、疏松、腐蚀等劣化混凝土予以清除；对于不平的地 方，首先由人工剔凿处理，然后用配套底胶对其凹凸不平处进行修复；严重不平的地方，应分多次 修补。清理范围为以裂缝为中心两侧各400mm。4.2.2断面修复为保证混凝土结构的整体稳定性及防止钢筋因为裂缝原因受自然环境的浸蚀，对裂缝采取针孔压 力灌浆处理。在裂缝表面每隔300mm打入饲膨胀螺丝，专用喷枪一端用针孔连接后沿膨胀螺丝一侧 插入裂缝内，另一端与空压机连接，利用空压机的压力将环氧树脂浆液注入裂缝内，自然养护一日 后将膨胀螺丝拔除，并用环氧树脂将螺丝孔封闭。如下图所示：图4 针孔压力注浆4.2
7、.3表面修整采用角向磨光机打磨混凝土表面，打磨深度12mm，露出完全露出新的结构面为止；打磨完毕 后用压缩空气吹净浮尘，最后用棉布蘸丙酮拭净表面，保持干燥备用。图5 结构表面修整4.3定位放线为保证粘贴的准确性，在结构表面找出裂缝走向的中轴线，然后以中轴线为中心两侧各250mm, 弹出碳纤维布粘贴区域。4.4涂刷底层树脂4.4.1配制专用配套底层树脂由主剂和硬化剂组成，采用固定包装，因此不需另外称重。使用前将两种胶剂 同时倒入洁净的容器中，使用手提式电动拌合机，使其均匀的混合。配制好的胶液应在规定时间内 使用完毕（可使用时间按照材料使用说明书）。4.4.2涂刷用滚筒将配制好的胶液均匀抹于清洁的
8、混凝土表面，不要漏刷，也不能太多，涂刷宽度每边略超 过粘贴范围3cm5cm。涂刷后静置3小时左右（视气温情况定），待表面指触干燥后，尽快进行下 道工序施工。图6涂刷底胶4.4.3 一般的构件表面在底胶涂刷完成后，还需进行找平处理，本案例中加固对象为地下室顶板， 平整度比较理想，只要在涂刷过程中控制好底胶厚度，该工序可省略。4.5浸渍树脂的配制与碳纤维的粘贴4.5.1配制浸渍树脂指用于粘贴碳纤维布并浸透碳纤维布的一种胶液，也是由固定包装的主剂和硬化剂组 成，配制方法与底胶相同。4.5.2粘贴将配制好的浸渍树脂液均匀地涂抹于所要粘贴的部位。然后将裁剪好的碳纤维布粘到胶液表面，用滚筒沿纤维方向多次滚
9、压，挤除气泡，并使胶液充分浸透碳纤维布，滚动时应掌握好力度，不得 损伤碳纤维布。粘贴时尽量不使空气进入粘接碳纤维片和胶粘剂之间，碳纤维片搭接处要预留15cm。 贴好后放置数小时，以达到脱泡、浸润的效果。重复上述步骤可以粘贴多层碳纤维布。图7粘贴碳纤维布4.5.3粘贴压条裂缝表面的碳纤维布粘贴完成后，静置24小时，用手指触摸其表面干燥后进行压条施工；将相 同型号的碳纤维布裁剪成300mm宽，1000mm长的条幅，沿E轴方向贴于纵向碳纤维布的端部，两端 伸出各500mm，搭接长度200mm。粘贴方法同上。图8 粘贴成型4.6养护在树脂固化期间，应避免对碳纤维片材的扰动。为达到设计强度，在平均气温1
10、0C时，养护时 间不少于两周。平均气温20C时，养护时间一周。4.7质量要求4.7.1每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应 立即返工后方可进入下道工序。4.7.2施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲 击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注粘结胶的 方法进行补救。粘结面积若少于90%则判定粘结无效，需将空鼓处的碳纤维切除，重新粘贴碳纤维 布，其搭接长度不小于200mm。4.7.3严格控制施工现场的温度和湿度。较理想的施工温度在10-35C范围内，相对湿度不大于70%。4
11、.8施工安全和注意事项4.8.1碳纤维布为导电材料，施工时应远离电气设备和电源，并采取可靠的防护措施。4.8.2施工过程中应避免碳纤维布弯折受到损伤。4.8.3碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，做到随配随用，放置地点远离火源，避免日光直接照射。4.8.4现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。5、结语本案例从设计到粘贴完成只用了不到10天的时间，施工效果良好，得到了设计单位、监理单位、 业主的好评。该部位加固后，经专业单位人员检测，相当于增加原受拉钢筋面积的46%，弥补了由 于板面裂缝而造成的截面削减，使地下室顶板的承载力得到加强，完全能满足覆土要求。采用粘贴碳纤维片材加固修复钢筋混凝土结构、砖石砌体等结构，具有高强度，不增加结构自重， 张力均匀，不扭曲变形；优良的耐久性及耐腐蚀性；施工现场没有湿作业，施工十分方便；工期比 传统的加固方法大大缩短等许多优点。粘接碳纤维加固在我国只是近几年的事。随着研究工作的深 入，应用技术的推广，此项技术将会走向更广阔的发展道路。参考文献1 混凝土结构加固设计规范GB50367-20062 混凝土结构加固技术规范CECS25:903 碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146： 20034 混凝土结构工程施工质量验收规范GB5020420025 结构加固修复用碳纤维片材JG/T 167-2004
