碳纖維加固梁板結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究

唐瓊　張博

摘 要：碳纖維增強(qiáng)材料是近些年來(lái)新興的一種性能優(yōu)越的材料，主要用于加固混凝土結(jié)構(gòu)，由于在力學(xué)方面有其特殊、優(yōu)越的性能在應(yīng)用方面越來(lái)越受重視，被譽(yù)為結(jié)構(gòu)加固之星。在很多施工過(guò)程中，碳纖維在加固混凝土結(jié)構(gòu)方法上不僅增大了結(jié)構(gòu)厚度，另外節(jié)省了建筑空間和建筑自重，保留了原有建筑設(shè)計(jì)布局，同時(shí)也大大縮短了建設(shè)工期，文章就碳纖維在加固梁板結(jié)構(gòu)中的一些應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行研究，針對(duì)一些常見問(wèn)題提出了解決措施和思路，供同行參考。

關(guān)鍵詞：碳纖維；梁板；混凝土

碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是采用配套膠粘劑將碳纖維布粘貼于混凝土表面，起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。廣泛適用于建筑物梁、板、柱、墻的加固，并可用于橋梁、隧道等其它土木工程的加固補(bǔ)強(qiáng)。裂縫處置并灌漿，結(jié)合粘鋼法加固處理，增強(qiáng)了屋架上弦的剛度，已廣泛地應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程中。具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐蝕、耐潮濕、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。

1 梁板承載結(jié)構(gòu)常見問(wèn)題

梁、板等受彎構(gòu)件承載力不足在設(shè)計(jì)方面最主要的原因是受力計(jì)算情況不符合，或者計(jì)算荷載漏算、錯(cuò)算。嚴(yán)重超載也可能導(dǎo)致梁板承載力不足，由于施工過(guò)程中混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，或因配鋼筋不合適導(dǎo)致梁板抗彎能力不足等。另外就是地基由于其他的一些原因出現(xiàn)沉降產(chǎn)生了附加的一些應(yīng)力，在處理此應(yīng)力時(shí)采用一些不合適的器件，反而對(duì)梁板造成了不利的影響。如在處理應(yīng)力時(shí)在梁板上增加薄腹梁，雖然可以平衡應(yīng)力的作用，自重也為增加多少，但是有些薄腹梁會(huì)出現(xiàn)斜裂紋，導(dǎo)致梁板元件銹蝕，耐久性受到較大影響，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致梁板斷裂，影響梁板的承載能力。導(dǎo)致上述情況的原因，有些是錨固搭接長(zhǎng)度不夠或者荷載的變化影響。梁板承載加固的主要目的是補(bǔ)強(qiáng)加固提高構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度、耐久性。

2 梁板結(jié)構(gòu)加固

對(duì)已建的梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理加固和未加固的一般結(jié)構(gòu)梁板在受力性方面有較大的差異，其一是加固結(jié)構(gòu)相當(dāng)于二次處理、二次受力，結(jié)構(gòu)在原有受力基礎(chǔ)上又要二次受力，原結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)變形彎曲，還有就是加固時(shí)并沒有將原載荷卸下，相當(dāng)于二次加壓，新加部分應(yīng)力和原結(jié)構(gòu)載荷應(yīng)力不同步有差異，當(dāng)兩種應(yīng)力同時(shí)達(dá)到峰值時(shí)，破壞力也達(dá)到了極限狀態(tài)，所以在對(duì)梁板加固時(shí)要面臨以上主要問(wèn)題，還有就是加固新、舊兩部分本身工作整體不同，在計(jì)算應(yīng)力和構(gòu)造處理中就有較大不同，因此梁板加固不同于普通混凝土結(jié)構(gòu)工程，所以在進(jìn)行加固中要引入碳纖維加固技術(shù)來(lái)改善混凝土梁板的加固工作。

3 碳纖維加固流程和特點(diǎn)

3.1 適用范圍

適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15，在國(guó)內(nèi)碳纖維布加固技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用于各種梁板加固維修中。2014年在海門繼海門大新橋嘗試應(yīng)用黏貼鋼板加固橋梁之后，海門臨江閘橋維修中首次嘗試運(yùn)用粘貼和包裹碳纖維布的方法加固橋梁，這在海門維修加固橋梁施工工藝實(shí)屬首次，碳纖維加固可以快速加固橋梁，防止外部水分進(jìn)入混凝土裂縫對(duì)鋼筋造成銹蝕，保障構(gòu)件的耐久性，有助于提高橋梁的承載能力，并且在加固期間不影響橋梁的正常運(yùn)行。臨江閘橋投資35萬(wàn)，公路部門對(duì)臨江閘橋存在的病害進(jìn)行一次全面維修，增設(shè)伸縮縫綁扎鋼筋4000kg，對(duì)橋梁拱腳粘貼碳纖維布500m2，聚合物灌砂漿500m2。經(jīng)過(guò)對(duì)干線公路橋梁維修，及時(shí)消滅各種安全隱患，有效提高了海門境內(nèi)干線公路橋梁技術(shù)狀況，有力保障了干線公路的安全暢通。

3.2 工藝流程工藝流程

混凝土表面如出現(xiàn)表面脫落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位應(yīng)予剔除，對(duì)較大面積的劣質(zhì)層，在剔除后用環(huán)氧膠泥進(jìn)行修復(fù)。混凝土表面處理平整外，表面無(wú)灰塵，油等雜物，凸出部位磨平，轉(zhuǎn)角的部位大于20毫米的圓角。用吹風(fēng)機(jī)、吸塵器處理混凝土表面并保持干燥。丙酮擦拭脫脂棉在混凝土表面現(xiàn)象的話，如有漏水、導(dǎo)水等，被加固結(jié)構(gòu)表面處理的好壞直接影響加強(qiáng)質(zhì)量。當(dāng)?shù)讓幽z固化（底膠表面指觸感干燥）后，用磨平機(jī)將凸起不平處磨平，為下一道工序作好準(zhǔn)備，然后涂刷浸漬樹脂，粘貼碳纖維。現(xiàn)場(chǎng)要注意通風(fēng)，做好勞動(dòng)保護(hù)。

對(duì)做過(guò)品質(zhì)監(jiān)測(cè)通過(guò)的碳纖維進(jìn)行粘貼時(shí)，要事先量好需要的尺寸，配置樹脂進(jìn)行浸漬，配膠使用適當(dāng)，不宜過(guò)多，最后進(jìn)行粘貼時(shí)盡量不要使空氣介入，以免影響粘貼效果。當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘劑在粘度增高固化后，為增加效果可以再涂第二層，重復(fù)以上步進(jìn)行多層粘貼驟，最后一層碳纖維布表面應(yīng)該涂抹浸漬樹脂，注意涂抹厚度要均勻平整。

3.3 碳纖維加固特點(diǎn)

碳纖維加固是利用碳纖維布和結(jié)構(gòu)膠對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加固處理，加固損傷形貌粘貼碳纖維片加固形式如下：（1）受拉鋼筋屈服，然后混凝土受壓破碎，碳纖維片材尚未達(dá)到允許拉應(yīng)力變化要求；（2）鋼筋應(yīng)力達(dá)到屈服，碳纖維已經(jīng)超過(guò)了允許的拉伸應(yīng)變，未超出施工項(xiàng)目要求的應(yīng)變值，拉伸達(dá)到極限拉應(yīng)力，受壓區(qū)混凝土沒有被壓碎；（3）對(duì)碳纖維布加固量過(guò)大，鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土粉碎；（4）在正常的部分承載力，碳纖維布與混凝土基礎(chǔ)面出現(xiàn)剝離破壞。

3.4 施工安全及注意事項(xiàng)

（1）碳纖維片材為導(dǎo)電材料，使用碳纖維片材時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源。（2）使用中應(yīng)避免碳纖維片材的彎折。（3）碳纖維片材配套樹脂的原料應(yīng)密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射。（4）樹脂的配制和使用場(chǎng)所，應(yīng)保持通風(fēng)良好。（5）現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹脂材料采取相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是現(xiàn)代土木工程界應(yīng)用熱點(diǎn)，因此要不斷完善施工各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于施工后的驗(yàn)收也應(yīng)引起足夠重視。對(duì)于碳纖維加固施工后的驗(yàn)收，一般做法是對(duì)混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可以用小錘輕輕敲擊碳纖維布表面，確定回波粘合效果。如果空鼓糊出現(xiàn)不完整的現(xiàn)象，應(yīng)該用膠粘劑的方法修補(bǔ)。對(duì)加筋效果的混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，碳纖維加固技術(shù)是非常理想的，在保證截面尺寸和重量、不增加施工技術(shù)難度等方面，材料和施工質(zhì)量的耐久性都可以達(dá)到施工質(zhì)量要求，整體而言其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)了雙豐收，具有廣闊的市場(chǎng)前景，另外技術(shù)改進(jìn)也有較大改進(jìn)空間。

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