芻議碳纖維在建筑結構加固工程中的應用

狄洪東

臨沂通宇建筑裝飾有限公司 山東臨沂 276000

1 工程概況

該多層建筑為地下三層、地面八層的鋼筋混凝土框架結構房屋，采用鋼屋面，房屋平面呈不規則狀，于2013 年建成。基礎底板采用C30 混凝土，柱采用C50 混凝土，其余梁、板采用C35 混凝土；鋼筋采用Ⅱ級螺紋鋼以及Ⅰ級光圓鋼筋；鋼材采用Q345 鋼。2018 年，擬將該房屋五樓中庭的建筑功能由原來的休息平臺改為大會議室，同時將在該中庭上方六層標高處增設鋼網架吊頂[1]。

2 加固設計

2.1 碳纖維布用量計算

根據PKPM 的計算結果，五層結構平面的梁5B11，5B39 抗彎承載力不滿足要求。使用碳纖維復合材料對其進行加固設計時，采用如下假定：

（1）碳纖維材料僅承受拉應力，其應力一應變關系為直線式，其拉應力取值等于彈性模量與拉應變的乘積。

（2）考慮受彎構件二次受力影響。

（3）承載能力極限狀態前，不出現碳纖維復合材料與混凝土之間的粘結剝離破壞。

因此，在梁底受拉邊緣粘貼碳纖維復合材料進行加固時，其正截面承載力可按下列公式確定：

其中，M——梁加固后的彎矩設計值；

經計算，若采用抗拉強度標準值大于3500MPa，且彈性模量大于230000MPa，單層厚度為0.167mm 的碳纖維布，需在梁5B39 下側布置兩層，梁5B11 下側布置三層。

2.2 加固處理

采用碳纖維布對梁進行加固時，正確的使用粘結劑，是能否保證碳纖維布與被加固構件表面很好的粘結并共同工作的關鍵因素。碳纖維材料具有優良的力學性能，但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲較難共同工作，在承受荷載后，各碳纖維絲由于受力不均，逐漸斷裂，直至碳纖維布的整體破壞。因此，碳纖維布一定要用粘貼結構膠浸潤透，盡可能讓結構膠充分滲入碳纖維單絲之間的空隙中，提高各單絲之間共同工作的性能。

加固前，應對粘貼碳纖維布的梁表面進行處理，將出現脫落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位剔除，便于粘結劑與鋼筋混凝土梁牢固地結合。對于較大面積的劣質層，在鑿除后應用環氧砂漿進行修復。以確保粘貼后的碳纖維布和梁構件能夠較好的共同工作。

此外，需加固的梁5B39 高度為1600mm，與之相交的梁5B40 的高度為2050mm，為了保證加固后的梁-梁節點處的碳纖維布能具有良好的工作性能，需在節點處澆灌填充材料，并在節點兩側加設一道U 型箍，以確保碳纖維布受拉時與混凝土之間不發生剝離破壞。具體施工方法如下（圖2）：

圖2 梁5B39 加固圖

梁5B40 加固圖

（1）將梁底表面打磨平整（平整度達到5mm/m），若有凹陷處，應使用修補膠找平。表面去粉塵后用丙酮擦凈涂底膠一層。轉角粘貼處要進行倒角并打磨成圓弧狀，用找平材料修復光滑。倒角半徑不小于25mm。

（2）在梁5B39 與5B40 相交處澆灌無收縮水泥填充材料AC100。

（3）按設計要求尺寸裁剪碳纖維布。

（4）將配置好的粘結劑均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土面上。將裁剪好的碳纖維布敷在涂好粘結劑的基層上，用特制的滾筒沿纖維方向反復滾壓，出去氣泡，使粘結劑充分浸透碳纖維布，使其平整，無氣泡[2]。若粘貼有效面積小于95%，應判定粘結無效，需重新施工。

（5）在碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。粘貼后，采用B型界面處理劑配合砂漿抹面對碳纖維進行表面防護處理。

（6）粘貼碳纖維布必須確保其施工質量。

3 結語

（1）粘貼碳纖維加固鋼筋混凝土結構，不需模板和支撐，施工方便，施工周期短，具有較高的經濟效益。粘貼碳纖維加固修補后，能有效提高鋼筋混凝土結構的有效承載力，但不增加原結構自重和截面尺寸。

（2）使用碳纖維材料加固前，需準確計算碳纖維布的用量，且按國家相關規范的要求布置碳纖維并設置錨固措施。

（3）加固碳纖維材料與被加固的鋼筋混凝土梁之間是否能良好的共同工作，是決定加固效果的重要因素。因此，需正確地使用粘結劑，并在加固前對梁底進行找平。由于相交的主梁的梁高大于被加固梁的梁高，因此在節點處需要澆灌填充，并在節點兩側加設U 型箍，以確保碳纖維布受拉時與混凝土之間不發生剝離破壞。施工時，需保證碳纖維與鋼筋混凝土梁有效粘結，確保施工質量。