碳纖維加固補強技術在工程中的應用實例

金紫華，黃志惠，胡春奇

河南省第一建筑工程集團有限責任公司（450014）

碳纖維增強復合材料具有優異的力學性能和化學穩定性，材料輕質高強，施工方便，在土木工程加固修復領域已獲得了較廣泛的應用，一些國家已制定了標準、規范。近年來，在國內混凝土結構修復補強工程中也得到了越來越多的應用。

1 碳纖維加固主要特點

1）材料特性:高抗拉強度、高彈性模量；施工方便，無需夾具、模板，結構加固補強可多層粘貼，而不改變構件外形尺寸,并能有效地封閉混凝土的裂縫；耐腐蝕及耐久性能好；不增加結構自重。

2）適用范圍:適用于鋼筋混凝土結構或構件的加固補強，加固后不影響表面裝飾。

3）加固方法:利用專用粘結劑將抗拉強度極高的碳纖維片粘貼于混凝土結構表面，并與之形成整體，共同工作。

2 工程概況

某大廈位于鄭州市建設路，主體C棟為舊樓改造項目，建筑面積35000 m2，框支—剪力墻結構，地下1層、地上26層。1991年大廈結構通過竣工驗收，后因故停工，又于2002年進行改擴建施工，內容主要為頂層加建。經結構鑒定部門檢測后認為，由于鄭州地區抗震設防烈度提高為7度，原設計的主樓框支梁上部分樓層剪力墻水平鋼筋配筋率低于現行抗震規范要求,因此決定采用剪力墻表面粘貼碳纖維進行加固補強處理。

3 加固方案及使用材料

加固方案采用在剪力墻表面的水平和豎直雙方向進行粘貼雙層碳纖維的方法。

加固工程采用型號為CFS2的12 K碳纖維 （碳絲為T700SC），采用HCJ碳纖維膠粘結劑。施工前按規定對碳纖維在現場抽樣進行檢測的拉伸強度大于3000 MPa，且其他特性均符合規范的技術要求。

4 施工流程與現場施工方法

碳纖維加固施工流程為:混凝土基底修補、打磨處理→涂底層HCJ碳纖維膠粘結劑→用HCJ碳纖維膠粘結劑進行殘缺修補→貼第一層碳纖維片→貼第二層碳纖維片→表面涂裝→養護→完工驗收。

4.1 混凝土基底修補、打磨處理

1）表面裂縫及孔洞處理。該大廈需要加固的剪力墻混凝土施工質量較好，無裂縫現象，僅局部有少量細小蜂窩，采用HCJ碳纖維膠粘結劑進行修補填充密實，表面平整。

2）將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達到結構密實部位，使其表面平整。

3）對經剔鑿、清除和露筋的構件殘缺部分，用專用黏結劑進行修補、復原，達到表面平整。

4）將構件表面沿碳纖維粘貼結合面打磨平整，要求平整度達到5mm/m，保證修復后的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑須≥20mm。

5）結構或構件表面打磨后，用壓縮空氣清理表面灰塵和雜物，用脫脂棉蘸丙酮進行擦拭清洗殘留粉塵，并使表面充分干燥。

4.2 涂底層HCJ碳纖維膠粘結劑

1）把碳纖維膠粘結劑的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放入容器內，用低速攪拌器攪拌均勻去除氣泡，并防止灰塵等雜質混入；一次調和量應在可使用時間內用完。

2）用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后才能進行下一道工序的施工。

3）底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般類似結露的露珠一樣）要用砂布或角磨機磨平并用丙酮清洗去塵。

4.3 用HCJ碳纖維膠粘結劑進行殘缺修補

1）構件表面凹陷部位應用粘結劑填平，并修復至表面平整、順滑。

2）內角（段差、起拱等）要用粘結劑填補，使之平順。膩子涂刮后表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

4.4 粘貼碳纖維片

1）把粘結劑的主劑和固化劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調和量應在可使用時間內用完。

2）按設計尺寸裁剪碳纖維布，纖維順長方向片材的接頭必須搭接10 cm以上。該部位應多涂粘結劑，在片材寬度方向不需要搭接，裁剪完成后用脫脂棉蘸丙酮把表面擦拭清洗干凈。

3）將裁剪好的碳纖維織物敷在涂好粘結劑的基層上，貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結劑，稱為下涂。貼片時，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。可用特制滾筒沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次,使粘結劑滲浸進纖維中并擠除氣泡。滾壓時要小心操作，不得損傷碳纖維布。

4）纖維片粘貼施工完畢30分鐘后，用滾筒刷在表面均勻涂抹粘貼用粘結劑，使粘結劑能充分滲透到碳纖維里面，稱為上涂。

5）第二層碳纖維布粘貼則重復以上步驟，并保證底層粘貼的碳纖維片上涂粘結劑已指觸干燥,才能粘貼第二層。

6）第二層碳纖維織物表面涂抹的粘結劑應涂刷均勻、周邊整齊。

4.5 表面涂裝

由于剪力墻后期需進行抹灰施工并進行內部裝修，所以粘貼后的碳纖維表面涂最后一道粘結劑后用干燥黃沙覆蓋，增加與抹灰面的粘結力。

4.6 養護

1）碳纖維片施工后應進行養護，養護期間的溫度應不低于專用粘結劑的允許使用溫度。

2）養護期一般在1～2周內。

3）施工部位應進行遮擋封閉養護，防止風吹、雨淋或可能的人為擾動所造成的損壞。