碳纖維材料加固修補與基材混凝土的正拉粘結檢測探析

張 坤 （安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 概述

碳纖維加固用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家。許多建筑物受到建造年代、功能改變、技術條件、施工缺陷等影響或由于意外災害等原因出現承載力不足、變形能力差、抗震能力降低等現象，不能滿足現行規范要求，使建筑物的正常使用受到影響，因此需對需要加固的部位進行加固和結構增強，以達到設計施工的要求，從而達到正常使用。碳纖維材料及碳纖維材料加固修補鋼筋混凝土結構具有輕質高強、耐久性好、施工簡便且不影響結構等特點，廣泛應用于水利、橋梁、工業與民用建筑等領域的結構的加固修補。從目前國內和國外的建筑發展趨勢情況看來，碳纖維材料和碳纖維材料加固在建筑基建的領域正在呈飛快發展的趨勢。國內現在的基建發展正在高速進行，在已建的建筑物中由于部分建筑物設計標準低、使用功能的改變及在使用過程中出現的結構問題，因此有很多的鋼筋混凝土結構需要加固以及結構補強和設計修補。為加強碳纖維材料及碳纖維材料加固對建筑工程結構加固中應用的有關原材料及配套制品的質量控制和技術管理，確保建筑工程結構加固工程的質量和使用安全，需要進行碳纖維原材料和加固的現場檢驗與檢測。

2 碳纖維材料及加固的特點及施工工藝

2.1 碳纖維材料及加固技術

碳纖維材料及碳纖維材料加固是采用強度高、彈性模量高的連續碳纖維材料，再用環氧樹脂及配套材料浸透碳纖維布，黏貼在需要加固的建筑物結構或裂縫等加固的部位，待樹脂材料完全固化后將于原混凝土加固結構形成新的復合受力體，起到增加混凝土結構的抗裂、抗剪能力，從而起到加固目的。

碳纖維材料及碳纖維加固技術在混凝土結構中的作用主要體現在以下幾個方面：首先碳纖維材料能夠像箍筋一樣與混凝土共同承受剪應力，而且它還對混凝土有約束作用，能夠承受拉應力，抑制混凝土剪切裂縫的產生和發展。因此碳纖維材料能夠顯著的提高混凝土構件的抗剪承載力，增強構件的變形能力。其次碳纖維材料具有較高的抗拉強度，將其粘貼在構件受拉區后它與混凝土共同承擔拉應力，從而提高結構的抗彎承載能力，且可以有效的抑制裂縫的開展，構件的變形能力與延性可以得到顯著改善。再次碳纖維材料粘貼與梁柱節點范圍或對混凝土柱進行包裹，可以改善構件的延性，增加耗能能力，能夠起到提高結構的抗震能力。

2.2.碳纖維布加固特點

碳纖維布加固修補混凝土具有以下特點：①碳纖維材料彈性模量與鋼材接近，但抗拉強度是鋼材的7～9倍，密度只是普通鋼材的四分之一，因此設計上可充分利用碳纖維這一特點來提高混凝土構件的承載力和延性，改善其受力性能；②碳纖維材料質量輕、厚度薄，耐久性好，能夠阻止化學腐蝕和環境氣候的破壞；③加固施工快捷，省力節時工作效率高，施工質量容易得到保證；④加固應用的范圍較廣，適用在水利、橋梁、工業與民用建筑等領域的梁、板、柱等構筑物的補強加固。

2.3.碳纖維布加固施工工藝

碳纖維布修補混凝土結構工藝分為以下步驟：①對需要加固的混凝土構件的基層進行處理，除去表面的受損、剝落、粉腐蝕等劣質碳化的混凝土，用打磨機將需要黏貼碳纖維布部位打磨平整，需要露出混凝土結構的新面，轉角處進行倒角處理并打磨成圓弧狀，清理后的基面應沖洗干凈，干燥后再用丙酮擦洗表面；②找平，用配制的找平材料將混凝土表面凹陷部位填補平整，轉角處應修復為光滑的圓弧狀；③涂底膠，用滾筒將底膠均勻涂抹于處理好的混凝土表面，達到設計要求的厚度；④粘貼碳纖維布，貼片前應按圖紙和設計尺寸裁切碳纖維布，把碳纖維布輕輕的壓貼于需要黏貼的部位，在順著碳纖維布的方向多按壓和滾壓幾次，以排除氣泡，使樹脂能夠完全浸透碳纖維布；⑤在碳纖維布黏貼結束時，需要在涂刷碳纖維保護面膠并使充分浸透碳纖維布中；⑥注重養護與施工現場保護。

3 碳纖維布加固混凝土結構在工程上應用與檢測

某置業有限公司建設的國際廣場五區農貿市場12#樓因局部使用功能變化設計采用碳纖維布加固地下室頂梁～一層頂梁（12#樓）（混凝土強度等級C30）進行加固處理。

3.1 加固使用的原材料檢測性能

見表1、表2。

3.2 加固混凝土結構梁的質量檢測

工程建設單位、設計單位、施工單位、監理單位為了解該工程的碳纖維布加固施工質量，受建設單位的委托，我站對該工程的一層頂梁進行了三組（9個試樣）碳纖維布與基材混凝土的正拉粘結強度現場檢測。

碳纖維布的指標 表1

碳纖維浸漬膠的指標 表2

檢測結果 表3

合格檢測指標 表4

按《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）中關于梁類構件以同規格、同型號的構件為一檢驗批，每批構件隨機抽取的受檢構件應按該批構件總數的10%確定，但不得少于3根；以每根受檢構件為一檢驗組，每組三個檢驗點的規定要求，抽檢了三組9個試樣。根據實際結構混凝土的強度值為C30，按《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）計算碳纖維布與基材混凝土的正拉粘結強度。

若檢測結果介于C20～C45之間，允許按換算的強度等級線性插值法計算C30混凝土的合格指標正拉粘結強度fti均達到fti≥1.9MPa，且為混凝土內聚破壞的要求時，應評定加固材料與基材混凝土的粘結強度合格。所檢測的三組9個試樣正拉粘結強度在1.93MPa～4.69MPa之間，破壞形式均為混凝土內聚破壞，故評定該檢驗批構件（地下室頂梁～一層頂梁）加固材料與基材混凝土的正拉粘結強度合格。

4 總結

在建筑和水利工程中采用碳纖維布進行結構加固和修補處理時，所使用的碳纖維布和配套材料的性能均應符合有關規范和標準的要求，施工的技術工藝和工藝參數能夠滿足碳纖維布粘貼的技術質量要求。并且要對工程實體加固結構進行實際強度檢測，已根據相應規范來進行現場實際粘結強度的判斷能否達到設計和規范的要求。委托有相應資質的單位進行原材料和現場實體施工質量檢測。