混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固設(shè)計(jì)案例思考

馬健

摘要：碳纖維布加固技術(shù)是一種較為新型的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，因其所具有的成本低廉、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)應(yīng)用的越來(lái)越普遍，并且為相關(guān)企業(yè)帶來(lái)了很豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。文章主要結(jié)合案例分析了混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固技術(shù)，提出了在混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固設(shè)計(jì)中需要注意的一些事項(xiàng)，希望可以供設(shè)計(jì)和工程施工人員參考。

關(guān)鍵詞：碳纖維;加固;混凝土結(jié)構(gòu)

前言

伴隨著我國(guó)科技水平的快速發(fā)展，我國(guó)材料科學(xué)也在迅速發(fā)展，將纖維材料應(yīng)用在工程建設(shè)中也逐漸成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，存在于纖維材料中的碳纖維在加固混凝土結(jié)構(gòu)的工程上有著很顯著的優(yōu)勢(shì)。比如碳纖維布所具有的高效高強(qiáng)功能，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和延展性，改善結(jié)構(gòu)的受力性能，從而達(dá)到高效加固的目的。在當(dāng)前的很多工程建設(shè)中，碳纖維布的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，尤其是在混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)工程中，碳纖維布的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。

一、碳纖維布加固技術(shù)簡(jiǎn)介

（一）碳纖維布加固技術(shù)的含義

碳纖維布加固技術(shù)指的是把碳纖維這種高性能的纖維材料應(yīng)用在土木工程建設(shè)中，利用和其相配套的樹(shù)脂類粘結(jié)劑（建筑結(jié)構(gòu)膠）把碳纖維粘貼到結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件上需要加固的部位，在其表面形成復(fù)合材料體，通過(guò)其和結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的相互配合，來(lái)提高加固結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載力和延性的一種比較新型的加固方法。在經(jīng)過(guò)碳纖維布加固技術(shù)加固的混凝土結(jié)構(gòu)，不管是在荷載能力上，還是在極限承載力上都會(huì)有非常明顯的提高，而且碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的施工也比較簡(jiǎn)單，技術(shù)容易操作，從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)考慮的話，成本也比較低。這也是為什么現(xiàn)在很多混凝土結(jié)構(gòu)在進(jìn)行加固時(shí)，都采用碳纖維布加固的重要原因。

（二）碳纖維布加固的原理

用于混凝土結(jié)構(gòu)加固的碳纖維布材料一般都具有優(yōu)良的力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍甚至幾十倍。但是，在碳纖維材料編織成碳纖維布之后，其中的各個(gè)碳纖維絲有時(shí)候很難完全的共同工作，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲就會(huì)先達(dá)到抗拉強(qiáng)度并且退出工作狀態(tài)，這種情況延續(xù)下去，各個(gè)碳纖維絲就會(huì)慢慢斷裂，直到整體都破壞。而如果使用粘結(jié)劑之后，各個(gè)碳纖維絲因?yàn)檎辰Y(jié)在一起，就可以很好的合作，共同完成工作，這就更加大了碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，所以，在使用碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，必須要同時(shí)使用粘結(jié)劑，這一點(diǎn)是非常關(guān)鍵的。只有這樣才能確保各個(gè)碳纖維絲一起工作，從而達(dá)到加固建筑物的目的。

二、混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固設(shè)計(jì)案例分析

（一）案例概況

在XX市某小區(qū)2#住宅樓交付使用三年之后，五層的現(xiàn)澆樓板發(fā)現(xiàn)許多主應(yīng)力方向裂縫。裂縫最寬的達(dá)到了3mm，這引起了很多居民的擔(dān)心。造成此問(wèn)題的主要原因是拆模過(guò)早，并且在混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)初期就開(kāi)始了屋面焦渣保溫層的施工，導(dǎo)致拆模時(shí)混凝土的強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到屋面焦渣保溫層的荷載需要。在經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮和分析之后，決定采用兩層碳纖維布來(lái)加固。

（二）材料準(zhǔn)備

1、主要材料

底膠、粘結(jié)膠、碳纖維布。

2、輔助工具和輔助材料

專用滾筒、剪刀、刮板、磨光機(jī)、鑿子、臺(tái)秤、灰刀、榔頭、丙酮。

3、搭設(shè)腳手架

根據(jù)安全施工的要求，搭設(shè)好腳手架，搭設(shè)的高度以方便施工為前提。

（三）主要的施工工藝

1、基層清理

采用混凝土磨光機(jī)、砂紙等機(jī)具把混凝土表面1-2mm的浮漿、油污等雜質(zhì)清理干凈，再用丙酮把混凝土的表面清洗干凈。

2、涂底膠

在混凝土表面清洗干凈之后，要涂抹一層底膠。注意涂抹一定要均勻。并且調(diào)好的底膠要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，否則底膠就會(huì)失去功能，產(chǎn)生浪費(fèi)。一般情況下，在40分鐘之內(nèi)用完即可。

3、粘貼碳纖維布

根據(jù)碳纖維布的使用說(shuō)明，把各個(gè)組份的粘結(jié)膠在干凈的容器中均勻調(diào)和，用刮板把調(diào)好的膠均勻的涂抹在底膠上需要粘貼碳纖維布的地方，隨即把按照設(shè)計(jì)要求已經(jīng)裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)的部位，然后用專用的滾子沿著碳纖維布的受力方向來(lái)回壓，將其中的氣泡擠出來(lái)。使得碳纖維布和混凝土可以緊密的結(jié)合。等用手指感覺(jué)表面干燥后，可以進(jìn)行第二層碳纖維布的粘貼，方法和第一層碳纖維布的粘貼方法是一樣的。需要注意的是，碳纖維布的搭接長(zhǎng)度一般為100mm，端部要用橫向碳纖維布來(lái)固定。

4、做保護(hù)層

在兩層碳纖維布粘貼完，并且指壓干燥之后，再刮涂一層面膠，來(lái)回的滾壓，使面膠可以充分滲入到碳纖維布當(dāng)中。在面膠干燥之后，表面要做一層保護(hù)層，一般情況下，保護(hù)層多為防水涂料或者水泥砂漿。

三、混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維布加固效果以及注意事項(xiàng)

（一）碳纖維布加固技術(shù)的效果

1、使用碳纖維布來(lái)加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，可以有效提高混凝土表面的承載能力，一般可以提高15%左右。

2、隨著粘貼的碳纖維布的層數(shù)的增加，加固效果也會(huì)更強(qiáng)，但是層數(shù)的增加和混凝土結(jié)構(gòu)的承載力的提高并不是呈現(xiàn)正比關(guān)系的，如果粘貼2層以上的碳纖維布時(shí)，要考慮到碳纖維絲的共同工作的折減系數(shù)，通常情況下，粘貼的碳纖維布不宜超過(guò)3層。

3、由于碳纖維布的抗拉強(qiáng)度存在尺寸效應(yīng)，會(huì)隨著碳纖維布的寬度增長(zhǎng)度的加大，極限抗拉能力會(huì)有一定程度的下降。

4、和沒(méi)有加固過(guò)的混凝土結(jié)構(gòu)相比，使用碳纖維布加固過(guò)后的混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫等情況的時(shí)間會(huì)較晚，并且裂縫發(fā)展緩慢，裂縫較多，裂縫寬度也會(huì)遠(yuǎn)小于沒(méi)有加固過(guò)的混凝土結(jié)構(gòu)。

（二）碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)需要注意的事項(xiàng)

1、碳纖維布加固的混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級(jí)不能夠小于C15，工程使用環(huán)境的溫度不能夠大于60℃，如果不能滿足這些要求，要改變加固方法。混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼面不能存在浮漿、油污、疏松、蜂窩等。

2、為了保證碳纖維布可以和混凝土實(shí)現(xiàn)共同工作，在梁、板的抗彎、抗剪加固中，梁板下的碳纖維布應(yīng)該延伸到支座邊緣。在延伸長(zhǎng)度范圍內(nèi)，梁設(shè)U型箍和板

3、在實(shí)際的加固工程中，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，除了要保證加固后的極限承載力要滿足要求以外，對(duì)其剛度也是有一定要求的。

4、在混凝土加固過(guò)程中，纖維是屬于二次受力，因此會(huì)存在應(yīng)變滯后的問(wèn)題，所以在加固施工時(shí)，要盡量清除結(jié)構(gòu)上的荷載，以減小纖維應(yīng)變滯后量。

5、為了防止粘結(jié)膠剝離破壞情況的發(fā)生，要注意兩個(gè)方面的問(wèn)題：一是要選擇合適的粘結(jié)膠，二是要保證碳纖維布有足夠的錨固。

6、碳纖維布的一個(gè)很重要的力學(xué)特點(diǎn)就是抗拉強(qiáng)度高，但利用碳纖維布加固只能起到幫助混凝土結(jié)構(gòu)表面拉應(yīng)力的提高，如果原構(gòu)件的截面高度過(guò)小的話，截面彎距設(shè)計(jì)值過(guò)大，那么按照彎距計(jì)算的碳纖維布的用量可能會(huì)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致受壓區(qū)的混凝土承載力不足，這個(gè)時(shí)候，受壓區(qū)混凝土?xí)粔簤模摻詈吞祭w維布都不能被充分利用。建議采用提高對(duì)構(gòu)件受壓區(qū)混凝土承載能力的辦法，比如加大構(gòu)件上部的混凝土面積，或者在受壓區(qū)粘貼鋼板或碳纖維布等。一些碳纖維產(chǎn)品具有良好的抗壓性能，如果粘貼可靠的話，性能甚至高于鋼板。

7、在實(shí)施加固工作時(shí)，施工質(zhì)量必須要保證，所以在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，要有詳細(xì)的施工和安全措施，施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照施工組織和施工方案進(jìn)行。

結(jié)束語(yǔ)

為了進(jìn)一步規(guī)范碳纖維布使用的相關(guān)技術(shù)，我國(guó)制定了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，為碳纖維布加固技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。隨著人們對(duì)碳纖維材料的深入研究和認(rèn)識(shí)，碳纖維布的加固技術(shù)將會(huì)得到更進(jìn)一步的發(fā)展和提高，一些技術(shù)的不足也會(huì)慢慢被克服，碳纖維材料的性能也會(huì)變得更加優(yōu)良，從而在我國(guó)的建筑工程中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊麗霞. 建筑結(jié)構(gòu)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)常用方法探討[J]. 建材與裝飾，2019，（35）：97-98.

[2]王艷. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)常用方法研究[J]. 農(nóng)家參謀，2019，（21）：102.

[3]王振義. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固及設(shè)計(jì)分析[J]. 江西建材，2019，（05）：186-187.