淺析碳纖維在混凝土結構加固中的應用

金佑琴

銅陵鑫銅建設監理有限責任公司 安徽 銅陵 244000

前言

混凝土結構是建筑結構主要結構形式之一，而混凝土的結構因為存在設計失誤、材料質量問題和施工錯誤等情況，或者因為結構的使用功能發生改變而導致荷載增大，或者結構遭受自然災害而使混凝土的構件出現損傷，還有爛尾工程等等，都需要對混凝土結構進行加固后才能使用。加固的方法較多，有加大截面法、外包型鋼法、粘鋼法等等，碳纖維加固是后來發展起來的一種方式，這里主要分析碳纖維在混凝土結構加固中的應用。

1 碳纖維加固的原理

利用碳纖維具有碳材料強度高的特性，用環氧樹脂沿受拉方向或垂直裂縫方向粘貼碳纖維在要加固的部位，使之與原有鋼筋混凝土結構共同受力，提高結構的強度、剛度、抗裂性，來滿足使用要求。

2 碳纖維加固技術應用范圍

利用碳纖維加固的原理，碳纖維加固技術在混凝土結構應用尤為突出。

①主要適用于受彎構件，利用其抗拉強度高的特性來補強鋼筋混凝土的拉彎強度；②對受壓構件加固也有較好的效果，例如鋼筋混凝土柱，主要是利用碳纖維在構件四周形成橫向約束，使混凝土柱由軸向受力狀態變成三向受力狀態，以阻止混凝土柱的橫向變形，從而提高構件抗壓承載力和抗變形的能力。③對不影響結構安全的混凝土裂縫，能有效封閉裂縫，阻止裂縫的發展，達到延長結構的使用壽命。當然，當混凝土結構剛度不足，構件的變形過大，開裂嚴重而影響使用時，不適合碳纖維加固，因為使用碳纖維對結構剛度的提高作用很小。④在碳纖維的加固系統內，如果結構的黏結劑處在大于玻璃化的轉化溫度時，就會呈現軟化的特征，黏結劑的性能會顯著下降，則黏結劑要嚴格按照供應商所提供溫度要求來使用。現階段，商用的黏結劑具有玻璃化的轉化溫度大約處于60～82℃，混凝土結構一般使用溫度比商用60℃低，因此碳纖維對混凝土結構加固長期的使用溫度要在60℃之下[1]，不適合高溫環境、防火要求高的結構中使用。

3 碳纖維布在混凝土結構加固的施工工藝

碳纖維加固有布和板材之分，碳纖維布因造價低更受市場青睞，這里簡述碳纖維布的施工工藝。

3.1 加固施工前的準備

為了確保加固質量與效果，需要做好施工前的準備工作。要先對各個構件的受力情況實施全面分析，確保對結構的加固施工對其他的構件不會造成不利影響，后再對無關的構件實施拆卸處理；對荷載實施卸除后，再對基底進行處理。如果混凝土存在腐蝕的情況，要對表層的混凝土除去；若鋼筋存在銹蝕的情況，要對銹層做好鏟除；對于混凝土的表面空鼓、蜂窩等現象進行清除處理，若清除面積比較大，要通過環氧砂漿實施修復；對已出現的結構裂縫，要通過全面封閉方式處理，并用角磨機或者砂紙打磨表面；對轉角的位置，要進行圓弧狀的打磨，借助鼓風機對其表面實施清理，確保表面具有良好平整度、清潔度，保持表面的干燥性。需注意的是，因為碳纖維在混凝土表面粘貼，所需加固的構件混凝土強度對加固的質量至關重要，所以加固構件混凝土的強度等級要超過C15，并且其表面正拉的黏結強度要比1.5N/mm2高。

3.2 涂抹底膠和找平處理

對基底實施處理后，先配置底膠，依據3∶1的比例將主劑、固化劑混合；借助電子秤對其實施精確地計量，確保底膠的配置滿足要求。借助電動式攪拌機對底膠實施均勻攪拌，通過滾筒刷對混凝土的表面進行底膠的均勻涂抹，在固化后再實施下一步的工序。環氧樹脂類宜在15～28°溫度條件下施工，溫度較低時可采取加溫措施。底膠配置后的45min之內要完成底膠涂抹工作。環境的濕度對施工質量存在影響，施工現場要保證相對濕度低于70%。另外，對底膠涂抹中，對找平作業要同時開展，一旦存在凹陷的位置要及時修平、打磨，保證后續施工的有序開展[2]。

3.3 材料的粘貼

在對碳纖維布的粘貼中，要結合技術方案，做好碳纖維材料合理裁剪、粘貼。粘貼前，要對黏結劑做好配制，黏結劑要嚴格按照配合比進行控制，有條件的最好先做黏結試驗，達到加固設計要求后才對混凝土的表面進行涂抹，厚度要比底膠層厚至少大2mm，防止漏涂的情況，通過刮板實施刮涂的操作，使膠能夠分布均勻，對邊緣位置，要對涂抹量適當增加。對混凝土方柱，要自上而下進行纏繞粘貼，確保材料粘貼均勻；對正截面的構件，粘貼材料進行合理組合，按照規范要求，材料要沿纖維的方向進行粘貼，且長度要超過20cm，搭接的長度要超過10cm，對梁板結構，一般從梁底開始，從下往上粘貼。完成粘貼后，要通過滾壓的工具對其表面實施處理，去除材料內部存在的氣泡，使碳纖維能夠和黏結劑實現充分接觸。實際施工中，碳纖維的材料往往多層粘貼，則要求每層的材料需要干燥后方可進入下層材料的粘貼，上下層的接頭位置要錯開，至少大于20cm，對碳纖維的材料完成粘貼后，還要做好養護工作，避免構件出現損壞。

4 碳纖維加固與傳統加固方式對比，具有的優勢：

①不會對混凝土原結構造成破壞和損傷，加固基本不改變原結構的尺寸；②施工簡便，不需要大型的施工設備，操作簡單，時間短，質量容易保證；③碳纖維布本身具有的柔韌性和可纏繞性，更適合狹小、狹窄的部位施工；④環氧樹脂類黏結劑具有耐腐蝕、耐久性好的特點，更適合在腐蝕嚴重的環境中使用；⑤碳纖維是新型材料，但其價格較低廉，且加固后不產生維修保養費用，加固成本較低，因此在經濟性方面表現更好[3]。

5 結束語

綜上所述，碳纖維具有顯著的特點，在混凝土結構加固中得到了廣泛使用，其和傳統的加固方式對比具有較多的優勢。為了充分發揮碳纖維在建筑結構加固中的應用效果，在實踐施工應用中還需要加強對此技術要點和規范的把握，確保施工的規范性和科學性，切實達到加固的目的，來滿足使用要求。