淺談碳纖維加固技術(shù)在土建工程中的應(yīng)用

【摘 要】碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用越來越廣泛，在已有的加固方法中，碳纖維材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能，簡便的施工工藝與良好的效果得到普遍認同。碳纖維補強加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)作為一種技術(shù)含量高的建筑物補強加固方法，具有很高研究，推廣價值和社會經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】碳纖維;加固技術(shù);土建工程;應(yīng)用

1.碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點

(1)高強高效。由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能，在加固修補混凝土結(jié)構(gòu)中可以提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。

(2)施工便捷，工效高，無濕作業(yè)，不需大型施工機具，施工占用場地少。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，同為粘貼加固工法，粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的4-8倍。

(3)具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。試驗表明，碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抗御建筑物經(jīng)常遇到的酸、堿、鹽對結(jié)構(gòu)物的腐蝕。

(4)適用面廣。粘貼碳纖維材料加固修補混凝土結(jié)構(gòu)可廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道等)、各種結(jié)構(gòu)形狀（如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、各種結(jié)構(gòu)部位(如梁、板、柱、節(jié)點、拱、殼、墩等)的加固修補，且不。

(5)改變結(jié)構(gòu)形狀，這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，對于一些大型橋梁橋墩、橋梁、橋板以及隧道、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工程等，采用舊的加固手段幾乎無法實施，而采用該項加固技術(shù)都能順利解決。

(6)施工質(zhì)量易保證。由于碳纖維材料是柔性的，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以達到100％的有效粘貼率，而粘貼鋼板則很難達到100％的有效粘貼面，相應(yīng)的驗收標準也只要求其達到70％就可以了。

2.施工工序概述

一般工藝流程為卸荷一基底處理一涂底膠一找平一粘貼一保護。在實際施工中，要考慮施工環(huán)境因素，加固中應(yīng)進行卸荷。加固前先將板面粉刷層及板面雜物清除，應(yīng)先鑿開保護層直至結(jié)構(gòu)層基面，方可進行下一步處理。基本施工步驟：

(1)基底處理：混凝土表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進行修復(fù)。混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R)ZOmm)。風(fēng)機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

(2)涂底膠按配合比主劑二固化劑一3：1配置底膠。將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20-50mim內(nèi)用完。將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為淮)再進行下一工序施工。一般固化時間為6-24h。

(3)找平混凝土表面凹陷部位應(yīng)用修補劑填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補劑填補，盡量減小高度差。轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用修補劑修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待修補劑表面指觸干燥后方可進行下一步工序。

(4)粘貼：按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布。調(diào)配、攪拌粘貼材料粘結(jié)劑(使用方法與底膠相同)，然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結(jié)膠充分浸透碳纖維布；并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結(jié)膠。用工具反復(fù)沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm。

(5)保護：加固后的碳纖維布表面采用抹灰或噴防火涂料進行保護。

3.質(zhì)量控制要點

(1)施工之前，應(yīng)確認碳纖維片材和配套樹脂類粘結(jié)材料的產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量出廠檢驗報告，各項性能指標符合規(guī)定要求。

(2)按規(guī)定進行各工序隱蔽工程的檢驗及驗收，如施工質(zhì)量不滿足規(guī)范要求，要立即采取補救措施或返工。

(3)碳纖維片材的實際粘貼面積不應(yīng)小于設(shè)計面積，位置偏差不應(yīng)大于10mm。碳纖維片材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法檢查，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)低于95％。當碳纖維布的空鼓面積小于100cm2時，可采用針管注膠的方式進行修補。空鼓面積大于100cm2時，宜將空鼓處的碳纖維片材切除，重新搭接貼上等厚的碳纖維片材，搭接寬度不小于100m。

(4)粘貼面是否按要求處理、膠配比是否準確、是否攪拌均勻、膠是否將碳纖維布完全浸透決定了粘貼效果的好壞。

(5)粘碳纖維布構(gòu)造措施宜滿足GB50367-2006混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。

(6)冬季氣溫低時，A組分偶有結(jié)晶變稠現(xiàn)象，只需對A膠水浴加熱至50℃左右，待結(jié)晶消除攪勻即可，對膠性能無影響。

(7)推薦的攪拌時間應(yīng)予以保證，冬季施工應(yīng)再延長3min；A，B膠配膠工具不得混用；包裝桶內(nèi)一次用不完的膠注意重新蓋嚴密封貯存。

(8)施工場所平均溫度低于0℃，可采用碘鎢燈、電爐或水浴等增溫方式對膠使用前預(yù)熱至30℃～50℃左右使用，應(yīng)注意不得讓水混入桶內(nèi)。施工場所平均溫度低于-5℃，建議對粘貼部位也加溫至0℃以上，并維持24h以上。

(9)結(jié)構(gòu)膠完全固化后為無毒級材料，但未固化前個別組分對皮膚、眼睛有刺激性，而且膠固化后也不易清除，所以施工人員應(yīng)注意適當?shù)膭趧颖Ｗo，如配備安全帽、工作服、手套等。人體直接接觸后應(yīng)用清水沖洗干凈。

(10)周圍環(huán)境溫度越高，每次配膠量越大，可操作時間越短；預(yù)估適用期內(nèi)的每次配膠量，以避免不必要的浪費。

(11)碳纖維布使用中易產(chǎn)生線屑、毛羽，若附著皮膚會產(chǎn)生刺激而瘙癢，若吸入會引起喉嚨、氣管、肺的傷害；施工時最好著工作服、手套、口罩、護目鏡等；施工完畢用肥皂水將外漏部位清洗干凈；碳纖維有導(dǎo)電性，不要與電源接觸；浮游在空氣中的線屑、毛羽也可能造成短路和電器故障；場所宜適當通風(fēng)。

4.碳纖維工程技術(shù)特點評價

加固結(jié)構(gòu)作為二次組合結(jié)構(gòu)，是通過新舊兩部分整體工作，提高建筑的承載能力，與傳統(tǒng)的加大截面法、外包鋼板法、纏繞鋼絲法、預(yù)應(yīng)力法相比，碳纖維加固砼技術(shù)無須對砼結(jié)構(gòu)打孔穿洞，不會造成結(jié)構(gòu)加固損傷，不用擔(dān)心由于結(jié)構(gòu)新舊結(jié)合處應(yīng)力集中而減弱加固效果。與較為先進的粘鋼板加固技術(shù)相比，碳纖維加固不需要施工功效較高。與玻璃纖維、尼龍纖維加固技術(shù)相比，由于碳纖維的比模量、比強度較高，柔韌性、耐腐蝕、抗老化性較好，使得碳纖維加固構(gòu)件的延性改善程度較高，適用范圍較廣，利用年限較長。

近年來，碳纖維加固技術(shù)廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道以及工業(yè)民用建筑中的鋼筋混凝土梁、板、柱及剪力墻結(jié)構(gòu)，其產(chǎn)品性能優(yōu)異，操作簡單，安全可靠，與傳統(tǒng)方法相比較，有更大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。 [科]