碳纖維材料加固技術在工業建筑中應用

孫繼川

（唐山三友遠達纖維有限公司，河北 唐山 063305）

碳纖維材料加固技術在工業建筑中應用

孫繼川

（唐山三友遠達纖維有限公司，河北 唐山 063305）

本文結合工程實例 ，介紹了碳纖維材料加固技術特點、加固施工措施及其應用效果，具有明顯的科學性 ，也更能保證質量。

碳纖維材料；加固技術；建筑結構；工程應用

碳纖維材料因其它的抗拉強度是普通鋼的10倍，而彈性模量是普通鋼的1～2倍，再加上能夠長時間維持良好的施工性能，成為了加固修復材料的優選替代品。所以在工業建筑實際應用中，它一般和配套樹脂在混凝土加固技術中是兩種最常用的材料，在對建筑物進行修補加固時候具有施工簡單、質量容易保證、施工周期短、超強防水等特點，除此之外還有耐久性，耐酸、耐堿等抗侵蝕的能力。由于樹脂是能流動的，所以其產品不受形狀的限制，是比較柔軟的，可以隨意著色達到建筑美學要求，效果比較好。另外，碳纖維材料的基本特性要實現碳纖維增強復合材料補強加固可以選取碳纖維片材，這樣的材料主要是使用強度比較好、彈性比較高的連續碳纖維材料，這種碳纖維材料呈單向排列成束，再使用環氧樹脂浸漬固化的碳纖維板進行補強。

1 碳纖維材料加固設計原則

一般地，在工業建筑中碳纖維材料的加固設計我們通常采取沿與構件主軸垂直方向粘貼碳纖維，主要目的是實現碳纖維與箍筋共同分擔剪力以提高構件的抗剪承載力，另外是要實現沿與構件主軸垂直方向粘貼碳纖維布以改善加固部位的延性，提高其抗震性能以及提高構件的抗彎能力。表1是碳纖維材料與其他傳統的加固方法技術的比較。所以來看，利用碳纖維材料優異的力學性能，通過約束混凝土的形式，改變原結構在地震反復荷載作用下的變形能力，達到補強加固的目的。

2 碳纖維材料加固設計應用

隨著經濟一體化的發展和進步，我國對碳纖維材料的加固技術在工業建筑實際工程項目中的應用還是比較多的，主要用于鋼筋混凝土梁的抗彎、抗剪加固、柱的抗震加固，以及樓面板的加固。它不但可以加固鋼筋混凝土結構還對砌體結構、鋼結構等也是可以的。

2.1 注意事項。在加固中對涂刷找平時候需要注意的是，找平材料應該選取與底膠相同的調制，涂刷時要用滾筒將底膠涂刷的均勻，并且要無遺漏的仔細的涂刷在所需要補強的構件的混凝土表面，涂刷的邊界應大于所粘貼的碳纖維復合材料的邊界。等到底膠干燥后，再檢查表面，如發現有缺損、凹凸等，用找平膠刮、填修補。在底膠凝結構以后，應檢查其表面有無凹凸不平，如果有就用砂紙打磨光滑。在養護環節，養護應該在24h之后進行。施工完畢后應確保不要受到為例外界干擾和沖擊。

表1

2.2 施工加固措施。首先要遵循表面處理→涂刷底膠→修補找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護→檢驗的施工工藝。其次是在干凈的碳纖維板上涂刷厚度不小于2mm的粘結樹脂，再把這個碳纖維板用手平穩壓實，確保樹脂從兩邊溢出。如果是平行粘貼多條碳纖維板時，它們兩板間空隙應不小于5mm。第二，清除被加固的構件混凝土表面的缺陷混凝土及對混凝土構件表面存在較大的凸起用混凝土磨片打磨處理。第三，施工時要保證溫度要求大于5℃、小于35℃，而且構件混凝土外表面的含水率小于等于4%、相對濕度要小于85%。

2.3 混凝土處理。在施工之前要把混凝土基面打磨，露出完整的混凝土結構層；對屋架桿件的轉角處施工時候必須打磨成R≥150 mm的圓弧，同時用整平材料處理平滑；在冬季氣溫較低時施工，要先對混凝土表面進行預熱再粘貼碳纖維，施工過程中要確保粘貼部位的溫度在5℃以上。

2.4 屋架端腹桿施工。先用加固量ρcfs代入本構關系，求出峰值應力σp，最后經復核在這種加固方式下R/γoS滿足要求。考慮在端部下弦節點處沿水平和豎直兩個方向各纏繞兩層碳纖維，這樣可以彌補配箍量的不足，

2.5 屋架下弦桿件施工。在下弦底面通長粘貼一層碳纖維即可滿足承載力要求，由于在兩端節點處四面纏繞了碳纖維，使得碳纖維能發揮其抗拉強度高的特點，增加下弦桿的抗拉承載能力，提高了下弦桿件的耐久性，達到了雙重補強加固的目的。

2.6 案例分析。我們以某化工企業廠房設計來說。為不增加樓板的荷載，我們在設計的底部加了一個鋼梁底座，目的是把荷載傳遞到四周的混凝土梁上，經過分析需要對梁體進行加固。具體圖示如圖2所示。

這樣達到了用加固混凝土梁來提高抗彎能力和抗剪的能力，效果很明顯。

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TU746.3

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10.13612/j.cnki.cntp.2015.18.259