碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)是近十年來新興的一種加固技術(shù)，加固主材碳纖維布（carbon fiber sheet）具有高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量、質(zhì)量輕、厚度薄、耐腐蝕性能好、使用方便等特點。該技術(shù)是利用樹脂類材料將碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面，使碳纖維與混凝土形成一個復(fù)合性整體，通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，達(dá)到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。碳纖維加固技術(shù)具有施工便捷、用途廣泛、不改變結(jié)構(gòu)形狀及重量等特點，有很大的研究推廣價值及市場潛力。

1、工程概況

某宿舍樓在建設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)一根6米跨度的框架梁（250mm×400mm）底部及側(cè)面出現(xiàn)一細(xì)微貫通裂縫，約0.2mm寬。為保證結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)建設(shè)、監(jiān)理、設(shè)計及施工單位等相關(guān)方一起分析比較，最終采用粘貼碳纖維布的方法對該框架梁進(jìn)行加固。

2、加固方案

施工前，將該框架梁部位上所堆放的材料移走，使加固施工時框架梁承受的荷載作用減小到最小程度。
裂縫處理：縫寬小于 0.2mm 的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于 0.2mm 的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫修補(bǔ)。

碳纖維加固：先在梁底粘貼與梁同寬的通長碳纖維布條，再粘貼100mm寬碳纖維布“U”形箍，間距200mm，并在梁兩側(cè)面上邊緣粘貼100mm寬通長碳纖維布條加固“U”形箍，最后在梁面粘貼一道碳纖維布，寬度為250＋2×100＝450mm，如下圖所示：

3、碳纖維布加固框架梁設(shè)計

3.1碳纖維布加固的前提首先，利用回彈法對框架梁混凝土進(jìn)行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實際強(qiáng)度為C30。根據(jù)設(shè)計圖紙，及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的受損情況，考慮提高框架梁的抗拉強(qiáng)度等級，為此，將610mm寬的碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側(cè)，加固后，增加了原受拉鋼筋面積，彌補(bǔ)了由于原鋼筋變形而造成的截面削減，構(gòu)件的承載力得到加強(qiáng)，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax，可以滿足使用要求。

3．2碳纖維布的設(shè)計在受彎加固時，應(yīng)使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致。因梁底寬度為350mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側(cè)；再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍；框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。碳纖維布的主要力學(xué)指標(biāo)抗拉強(qiáng)（Mpa）彈性模（Mpa）延伸率（%）技術(shù)規(guī)程指標(biāo)≥3000≥2.1×105≥1.44．3配套樹脂粘結(jié)材料的設(shè)計配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成，分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝，在現(xiàn)場使用時，應(yīng)按工藝要求、按照規(guī)定的比例混合均勻，以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結(jié)樹脂。
①底層樹脂底層樹脂作用是增強(qiáng)表面混凝土與找平材料或粘結(jié)樹脂界面粘結(jié)強(qiáng)度；
②找平樹脂找平樹脂是使表面平整度符合規(guī)定要求，并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結(jié)強(qiáng)度；
③粘結(jié)樹脂粘結(jié)樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結(jié)材料，其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結(jié)，使其共同承受結(jié)構(gòu)的作用。配套樹脂粘結(jié)材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)：正拉粘結(jié)強(qiáng)度底層樹脂找平樹脂技術(shù)規(guī)程指標(biāo)≥2.5，且大于混凝土抗拉強(qiáng)度的1.2倍///粘結(jié)樹脂技術(shù)規(guī)程指標(biāo)同底層樹脂≥10≥30≥404、施工準(zhǔn)備
（1）、主要材料：底膠、粘著膠、碳纖維布。
（2）、輔助材料：低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機(jī)、剪刀、鑿子、刮板、吹風(fēng)機(jī)、榔頭、量具等。
（3）、搭設(shè)腳手架：按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架，高度以滿足施工要求和施工方便。

3、灌縫施工

本工程采用環(huán)氧樹脂自動低壓速灌施工工藝對框架梁微裂縫進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，該工藝?yán)没炷炼嗫仔栽砑白⒛z底座上的彈性橡膠膜收縮產(chǎn)生的壓力，將高流動度環(huán)氧樹脂壓入裂縫，并滲透至縫隙深處，達(dá)到恢復(fù)混凝土性能的目的。
3.1表面清理：用砂輪機(jī)將混凝土表面污物及浮漿清理干凈，直至露出密實的混凝土結(jié)構(gòu)。
3.2安裝底座：在梁的兩側(cè)裂縫處各安裝兩個硅酮橡膠灌漿底座，并用專用底座粘接膠固定，兩個灌漿底座間距約200mm。
3.3裂縫密封：用封縫膠將整條裂縫及可能漏膠的部位進(jìn)行表面密封，并等待封縫膠硬化。
3.4環(huán)氧樹脂灌注：將裝好低粘度環(huán)氧樹脂灌縫膠（TJ—LR）的專用注射筒安裝至底座上，并加壓灌注，直至灌滿為止。灌注過程應(yīng)注意不可產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象，且注射筒內(nèi)無樹脂時應(yīng)立即換補(bǔ)，連續(xù)施工。
3.5拆除底座：待樹脂硬化后，將橡膠底座拆除，并將表面打磨平整。

4、碳纖維加固

施工步驟：表面處理→涂刷底膠→修補(bǔ)找平→粘貼碳纖維→養(yǎng)護(hù)→檢驗
4.1表面處理
1、將整條框架梁底面及兩側(cè)面用砂輪機(jī)進(jìn)行全面打磨，去除混凝土面層的污物、浮漿及松散結(jié)構(gòu)，露出密實結(jié)構(gòu)，并將其表面打磨平整。
2、將構(gòu)件棱角部位打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于20mm。
3、用吹風(fēng)機(jī)將表面灰塵和雜物清理掉，并用水及酒精清洗，需待混凝土表面充分干燥后方可進(jìn)行下道工序施工。
4.2涂刷底膠
1、把底層樹脂的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入專用容器內(nèi)，先稱量主劑，然后加入固化催進(jìn)劑，攪拌均勻， 1～3 分鐘后再加入固化劑，并用攪拌器攪拌均勻；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時間（約30～40分鐘）內(nèi)用完。
2、用專用滾筒刷將底層樹脂均勻的涂刷于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥（樹脂表面達(dá)到固化硬結(jié)）后才能進(jìn)行下一道工序的施工。
3、底層樹脂指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分（類似結(jié)露的露珠狀）要用砂布或角磨機(jī)磨平。
4.3修補(bǔ)找平
1、配制環(huán)氧膩子：膩子主劑、固化催進(jìn)劑、固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，添加次序同底層樹脂施工要求,用攪拌器攪拌均勻；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時間（約40—50分鐘）內(nèi)用完。
2、構(gòu)件表面凹陷部位采用環(huán)氧膩子填平，并修復(fù)至表面平整、順滑，無楞角。轉(zhuǎn)角處也應(yīng)修復(fù)為光滑的圓弧，圓弧半徑不小于20mm。
3、膩子涂刮后，表面存在的凹凸糙紋，應(yīng)用砂紙打磨平整。
4.4粘貼碳纖維
1、按設(shè)計尺寸剪裁碳纖維布，應(yīng)注意必須滿足尺寸要求，并保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位的方向一致。嚴(yán)禁斜向裁切碳纖布，防止出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象。裁剪后的碳纖維布宜卷成卷狀，防止褶皺、彎折。
2、浸漬樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時間（約50—60分鐘）內(nèi)用完。
3、粘貼碳纖維前應(yīng)對混凝土表面再次擦拭，確保粘貼面無粉塵后，將浸漬環(huán)氧樹脂均勻地涂抹于所要粘貼的部位。涂刷樹脂時，必須做到“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”的要求，即：穩(wěn)，刷涂用力適度，盡量不流不墜不掉；準(zhǔn)，在粘貼部位準(zhǔn)確進(jìn)行涂刷，滿刷且不出控制線；勻，涂刷范圍內(nèi)薄厚均勻一致。
4、碳纖維布粘貼時，同樣要“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”，要求做到用力適度，使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。 滾壓碳纖維布時，必須用特制的滾筒從一端向另一端多次進(jìn)行滾壓，擠除氣泡，不宜在一個部位反復(fù)滾壓揉搓，滾壓中應(yīng)讓浸漬樹脂充分滲透碳纖維布，做到浸潤飽滿。碳纖維布需要搭接時，搭接長度必須大于100mm，并保證搭接部位的樹脂浸潤質(zhì)量。
5、多層粘貼時，應(yīng)在碳纖維織物表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一層的粘貼。如超過40分鐘，則應(yīng)等12小時后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。
4.5養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期間（特別是初期固化期間）應(yīng)嚴(yán)格保證不受外界干擾和碰撞，養(yǎng)護(hù)期約1周。
4.6檢驗
施工質(zhì)量檢驗及驗收標(biāo)準(zhǔn)如下：
1、碳纖維片粘貼位置與設(shè)計要求位置相比，中心線允許偏差≤10㎜，采用鋼尺測量全部；
2、碳纖維片粘貼量≥設(shè)計數(shù)量，根據(jù)測量計算全部；
3、粘貼質(zhì)量：
a.單個空鼓面積＜1000mm2時采用充膠修復(fù)；≥1000mm2時采用割除修補(bǔ)；
b.空鼓面積之和與總粘貼面積之比小于5%，錘擊法全部或抽樣檢查；
4、粘接質(zhì)量不符合要求需割除修補(bǔ)時，應(yīng)沿空鼓邊沿，將空鼓部分的碳纖維布割除，用每邊向外緣擴(kuò)展100mm大小的同樣碳纖維材料，用同樣粘結(jié)劑，補(bǔ)貼在原處。

5、施工注意事項

1、底膠和膩子的固化劑，與浸滲粘貼樹脂的固化劑不同，使用時應(yīng)分清用途，不得用錯。固化劑中含有有機(jī)過氧化物，應(yīng)避免使用鐵、銅等制品，應(yīng)使用玻璃、鋁、不銹鋼等材料的容器。
2、樹脂、固化劑、固化促進(jìn)劑的計量必須使用計量器，計量器精度為± 1g ?；旌系捻樞蚴牵合扔嬃繕渲?，然后添加固化促進(jìn)劑攪拌 1～3 分鐘，再后添加固化劑攪拌 1～3 分鐘。嚴(yán)禁同時添加固化劑和固化促進(jìn)劑進(jìn)行混合。
3、樹脂的混合量應(yīng)在可使用時間內(nèi)用完，特別是在進(jìn)行浸漬粘貼樹脂的施工時，應(yīng)考慮浸滲時間再決定混合量。樹脂凝化時間一超過，就會發(fā)生急劇的固化，不能再進(jìn)行使用，為保證施工質(zhì)量，樹脂可使用時間應(yīng)控制在比凝化時間短10分鐘左右。主劑、固化劑混合后，應(yīng)嚴(yán)格遵守可使用時間，如果出現(xiàn)樹脂凝化的前兆應(yīng)立即停止使用。
4、碳纖維布只有與所加固修補(bǔ)的混凝土表面緊密接觸，才可能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。混凝土表面的銳利突起物或楞角，都可能使碳纖維產(chǎn)生損傷，并導(dǎo)致強(qiáng)度降低。因此，粘貼碳纖維前，應(yīng)檢查粘貼面是否平整，否則應(yīng)進(jìn)行打磨，使混凝土的平整度保持在1mm以內(nèi)。
5、碳纖維布裁剪后應(yīng)卷成小卷，防止褶皺。保管纖維布時，應(yīng)避免日光直射及雨水、灰塵等的侵襲。碳纖維布在運(yùn)輸、儲存過程中不得受擠壓，以免碳纖維受損，膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲存。
6、由于碳纖維為導(dǎo)電材料，施工時碳纖維布應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源，或采取相應(yīng)的防護(hù)措施；
7、粘結(jié)劑的配制應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，其操作環(huán)境及施工現(xiàn)場均應(yīng)保持良好通風(fēng)；
8、施工人員應(yīng)戴防護(hù)面罩、手套并著工作服；
9、各種粘結(jié)材料不得污染生活水源。廢棄物不得倒入下水道，應(yīng)按環(huán)保要求集中處理。

6、總結(jié)

利用碳纖維加固技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)受損框架梁后，該框架梁面層按常規(guī)進(jìn)行粉刷、涂飾，正常使用至今，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。
該補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)操作簡便、施工快捷，施工時只需采用小型電動工具，而且施工速度快、工期短，不增加結(jié)構(gòu)體積和重量，補(bǔ)強(qiáng)后不改變結(jié)構(gòu)外形，同時不影響結(jié)構(gòu)表面裝飾，與傳統(tǒng)的加固方法相比，具有明顯的優(yōu)越性。隨著有關(guān)科研的開展，工程實踐經(jīng)驗的積累，新應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步探索與開拓，這項技術(shù)將更加成熟，更加完善，該技術(shù)的應(yīng)用也必將呈現(xiàn)出更加廣闊的前景。

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文章來源： 永年加固公司
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