淺談碳纖維加固技術在建筑結構中的應用及施工工藝

姚天敬

（廣東三把鎖建筑有限公司）

淺談碳纖維加固技術在建筑結構中的應用及施工工藝

姚天敬

（廣東三把鎖建筑有限公司）

隨著建筑企業的飛速發展，建筑結構施工技術也有了突破性的進展。在土木工程領域，碳纖維增強聚合物作為新型的高強度材料，具有高效、便捷、應用范圍廣等優點，得到了廣泛的應用。在碳纖維加勁塑料大量生產的同時，價格有所下滑，用碳纖維加勁塑料作為外貼加固材料已經成為了一種趨勢。本文將對碳纖維加固技術在建筑結構中的應用進行研究，并對施工工藝進行簡單的闡述，以期進一步推廣碳纖維加固技術的應用范圍。

碳纖維；加固技術；建筑結構；應用；施工工藝

碳纖維加固技術通過改進環氧樹脂類膠結材料，將碳纖維片貼于混凝土表面，從而改善建筑結構的承載能力，具有加固和補強的作用。該項技術在一些發達國家已經得到了良好的運用，我國在20世紀90年代才引入此項技術，并將其應用到建筑結構當中，雖然取得了一定的成效，但還欠缺理論支撐。因此，對碳纖維加固技術進行研究，為豐富理論內容提供材料。

1 碳纖維材料基本特征

碳纖維增強復合材料能夠起到補強加固的作用，高強度和高彈性的連續碳纖維，單排成束，經過環氧樹脂浸漬成的碳纖維板或未浸漬固化的碳纖維布，都屬于碳纖維片材，將片材黏貼在建筑結構的某一部分上，可以有效提高結構構件的抗彎、抗剪能力，對于提高工程質量以及工程使用壽命具有重要的作用。

1.1 碳纖維片材

一般，碳纖維片材的拉伸強度能夠達到2400～3400MPa，與普通的碳素鋼板的拉伸強度相比，要遠超出其承載能力，這對于提升建筑結構的承載能力具有重要的作用[1]。片材碳纖維次的片材彈性模量主要由片材的力學性能決定的，可分為超高、高和中等模量三類。相比之下，碳纖維片材的單位重量要較普通的鋼材輕許多，這也大大減輕了建筑結構的承重壓力。因碳纖維的化學結構穩定，所以，不易受到鹽酸以及化學介質侵蝕，具有良好的耐寒和耐熱性。

1.2 配套樹脂類粘結材料

混凝土結構加固修補配套樹脂系統包括用于形成穩定界面，透過混凝土表面，促進粘結的底層涂料，填充表面空隙的油灰。

2 混凝土板、梁加固方法

2.1 增大截面加固方法

在對混凝土板梁承重試驗后可以看出，其與實際要求有很大的差異，因此，采用增大截面法提高建筑結構的承重能力。進行加固設計時，需要根據構建的結構特點以及現場條件等選取一面、雙面或三面（如圖1）澆筑混凝土，以增大原截面面積，為了增強截面的承載能力，可在澆筑混凝土之前加入鋼筋。

在實際工程建筑過程中，對梁、板構件進行補澆混凝土的現象十分常見，其對提升構件的抗彎承載能力具有顯著的效果[2]。因整體施工比單體疊加效果更為明顯，所以，在采用增大截面提升構件承載能力時，為了保證新澆灌的混凝土不影響整體施工，需要采用必要的構造措施和施工工藝。

圖1 單側補澆混凝土加固梁

2.2 粘鋼加固法

利用環氧樹脂的黏性用于粘結鋼板與混凝土表面，以提高土梁受拉面的承重能力，已經在建筑結構領域得到了良好的應用，隨著各種性能良好的抗彎材料的運用，建筑構造架構技術的應用范圍也隨之擴大。碳纖維片材在建筑結構承重力改善方面已經取得了良好的成效，與傳統加固技術相比，具有明顯的優勢。

圖2 梁下、梁上粘鋼加固技術

2.3 增補受拉鋼筋法

在梁構件抗拉強度無法滿足建筑承重能力的同時，抗剪承載力、截面尺寸能夠滿足建筑要求時，可采用增補受拉鋼筋加固法，只要在原梁的受拉部位放置適當的鋼筋，將其焊接到原受拉鋼筋上就可以（見圖3）。

3 碳纖維材料在建筑結構加固中的應用

碳纖維材料加固技術在各種類型的建筑體當中都能良好的運用，例如，對公路橋墩結構加固、梁柱構建抗剪加固、樓宇增層加固等，都能起到良好的作用[3]。在加固施工過程中，相較于鋼材料加固，具有施工方面，不影響建筑外觀等優點，而且補強、加固效果明顯，還有效抗紫外線以及抗環境老化功能。

圖3 增補受拉鋼筋加固梁

4 碳纖維布加固施工工藝

（1）現將已經被腐蝕的屋架下弦的混凝土去掉，查看里面埋藏的鋼筋是否有生銹，若生銹，需將上面的銹層鏟掉，以免影響后續施工。

（2）補粉鑿除的混凝土梁：選用SJ-601防腐砂漿補粉鑿除的混凝土梁，若鑿除的面積較大，需要利用環氧砂漿進行修復，養護之后需要晾曬3d，才能進行下一步的加固施工。

（3）利用壓縮空氣清除掉修復層的粉塵，然后再用混凝土角磨機、砂紙等工具將混凝土表面的浮漿等雜質去除干凈，構件表面要平整，用丙酮將需要黏貼的構件部分清理干凈。

（4）涂底膠：將甲乙JGN膠按照3：1的比重分配好，并調勻混好，用刮板將其均勻地涂抹在屋架底面，待固化之后，進行下一步施工，但要注意，調好的底膠需要在規定的40min內用完，以免在空氣中氧化凝固，失去效用。

（5）找平：在結束上一道工序之后，需要對混凝土凹陷部位用補澆填平，以盡量減少維護工作產生的建筑體高度差。

（6）黏貼碳纖維布：將事先調勻的JGN-C膠用刮板均勻涂抹在需要黏貼碳纖維布的底膠上，然后根據設計要求將已裁好的碳纖維布黏貼到預定位置處，之后用專用的滾子來回滾壓，按壓出里面的氣泡，以使兩者的黏連更加穩固。

一段時間后，用手指輕觸按壓，檢查是否完全干燥，確定干燥后，再二次將碳纖維板粘貼上去，方法同上[4]。但要注意，兩個碳纖維板的搭接要留出1cm的長度，端部用橫向碳纖維板固定。

（7）兩層碳纖維板都黏貼到固定位置處后，待其全部干燥后，在最上層涂一層JGN-C面膠，用專用的滾子來回滾動，使其充分地滲透到碳纖維布中去。待干燥后，在其表面涂上防護層。

5 施工注意要點

（1）處理好混凝土與碳纖維布界面，以免影響到混凝土梁的加固效果。通常，在加固施工過程中，需要將建筑構件加固部分打磨平整，去除變質的混凝土，對于凹陷部位要用修補膠填平。

（2）在粘貼碳纖維布的過程中，若粘貼的面積小，一人操作即可，若粘貼的范圍大，為了保證碳纖維布粘貼平整，需要兩人配合完成粘貼工作[5]。粘貼時，一人用刮板從一端邊按碳纖維布，邊用滾子滾壓，以免里面存有氣泡，影響粘合度。

（3）注意搭接粘貼，要留出1.5cm的搭接長度

在施工前，要選出質量合格的粘結劑，通過查看產品標識以及質量保證書等，確定粘結劑的強度，為保證碳纖維布與建筑加固構件之間能夠很好地粘貼到一起，起到良好的抗彎、抗剪功能[6]。在施工過程中，需要按照產品配比說明，進行面膠制配，并在規定時間內將膠均勻涂抹在構件加固部位，以免影響面膠的使用效果。

6 結束語

碳纖維加固技術在建筑構件強化中已經得到了良好的應用，并且為建筑企業帶來了可觀的經濟效益。在確保工程安全的情況下，碳纖維加固技術因重量輕，所以，僅架設架手架就能操作，而且裁剪十分方便，可以根據施工設計要求隨意變更，可操作性強，這也正符合我公司的企業價值觀的要求：通過科技引進、高效合作、精細化管理，實現建筑物性價比最大化。隨著市場經濟的快速發展，建筑企業不僅要追求經濟效益，同時還要樹立品牌形象，而確保建筑安全尤為重要，所以，積極采用新型高效的建筑施工方法，對建筑結構進行加固，以提升其抵抗自然災害的能力，為保證人民生命財產安全提供有力支撐。

[1]單麗萍.碳纖維布在建筑結構加固中的施工措施淺析[J].民營科技，2012，2（8）：292.

[2]陸文燦.論粘貼碳纖維結構加固技術的原理及施工工藝[J].科學與財富，2013，26（7）：517，518.

[3]孫 明.碳纖維在建筑結構加固中的應用[J].科技信息，2012，6（14）：367～368.

[4]孫繼川.碳纖維材料加固技術在工業建筑中應用[J].中國新技術新產品，2015，31（18）：135.

[5]張春林，徐 華.碳纖維材料在結構加固技術中的應用[J].山西建筑，2014，40（11）：53～54.

[6]畢國強.碳纖維復合材料（CFRP）在建筑物加固中的應用[J].中國高新技術企業（中旬刊），2014，11（5）：38～40.

TU746.3

A

1673-0038（2015）52-0014-02

收稿日期：2015-12-13

姚天敬（1974-），男，助理工程師，本科，主要從事建筑施工工作。