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碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討                       

摘要：粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。    關(guān)鍵詞：碳纖維布 加固   

 1、碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介    

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。    

碳纖維增強聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer簡稱CFRP，也稱為碳纖維增強塑料）是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。

使用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：

a、強度高（強度約為普通鋼材的10倍），效果好；

b、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；

c、自重輕（約300g/m2），基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣；

d、施工簡便（不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟性好；

e、施工工期短（本工程實例僅用一周）；因此，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。    

碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可；另外，磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。    

2、碳纖維布加固的原理    

用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍；但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達到加固的目的。    

3、工程概況    

某制藥廠保太松車間建于1984年，因長期受腐蝕性氣體的侵蝕，三根薄腹梁下弦混凝土與鋼筋均遭受嚴重腐蝕，導致保護層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋銹蝕、剝落，鋼筋受力截面削弱，危及結(jié)構(gòu)安全，影響工人的生產(chǎn)情緒；經(jīng)與設(shè)計人員一起進行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進行加固，能防止腐蝕性氣體的侵蝕，延長梁的使用壽命。    

4、碳纖維布加固的依據(jù)及前提    

4.1碳纖維布加固的依據(jù)    ⑴某制藥廠提供的保太松車間圖紙。    ⑵屋架的腐蝕情況。    ⑶薄腹梁的實際檢測強度。    ⑷《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》。    

4.2碳纖維布加固的前提    首先，利用回彈法對薄腹梁混凝土進行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實際強度為C30根據(jù)設(shè)計圖紙，及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的腐蝕情況，考慮提高下弦的抗拉強度等級，為此，將610mm寬的GX-CF300型碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在下弦的底面及兩側(cè)（薄腹梁下弦寬度為200mm），加固后，相當于增加原受拉鋼筋面積的46%，彌補了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減，構(gòu)件的承載力得到加強，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax，可以滿足使用要求。    

4.3碳纖維布的設(shè)計    因梁底寬度為200mm，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)及下弦的受拉范圍，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)及兩面?zhèn)冗叄▋蓚?cè)邊高度為50-55mm），應(yīng)注意：轉(zhuǎn)角處須處理成圓角（R≥10mm）。    

5、碳纖維布加固的施工    

5.1施工準備

5.1.1施工材料的準備    上海固湘生產(chǎn)的GX-TJ膠（粘著膠），GX-CF300型碳纖維布。    5.1.2輔助材料的準備    專用滾筒，刮板，角向磨光機，剪刀，鑿子，榔頭，臺秤，丙酮。    5.1.3搭設(shè)腳手架    按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架，高度以方便施工為前提。    

5.2施工工藝    

⑴把屋架下弦被腐蝕部位的疏松混凝土鑿掉，把銹蝕的鋼筋用鋼絲刷刷掉被銹蝕層。    

⑵補粉鑿除的混凝土梁用SJ-601防腐砂漿補粉鑿除的混凝土梁（對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進行修復），并養(yǎng)護三天。    

⑶用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈[未鑿部位（需加固處）用混凝土角磨機等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平。    

⑷涂底膠將GX-TJ膠甲乙組分按需按2：1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將它均勻地涂在屋架底面（兩側(cè)刮150mm），待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。注意：調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完。 

⑸找平混凝土表面凹陷部位用修補膠（GX-XB膠摻入兩倍粉料）填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補膠填補，盡量減少高度差。    

⑹粘貼碳纖維布將GX-TJ膠甲乙組分按2：1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把按設(shè)計要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出汽泡。待指觸干燥后，即可以進行第二道碳纖維布的粘貼。注意：碳纖維布的搭接長度一般為100mm，端部用橫向碳纖維布固定。  

⑺兩道碳纖維布粘貼完，待指壓干燥后，再刮涂一層GX-TJ面膠，來回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去。    

⑻待面膠指觸干燥后，表面做一層保護層（防火涂料或水泥砂漿）。  

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益；在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強度，那么在其它的結(jié)構(gòu)中，碳纖維布能否起到加強抗拉強度的作用呢？因為碳纖維布在結(jié)構(gòu)膠的作用下強度很高，其它結(jié)構(gòu)在用碳纖維布加固后，會否象類似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超筋截面破壞一樣產(chǎn)生負面影響呢？    目前我所正在探索應(yīng)用碳纖維布加固磚砌體的技術(shù)（如磚砌體在外界環(huán)境影響下產(chǎn)生的裂縫修補，采用碳纖維布來提高砌體的某些力學性能），該技術(shù)是粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域中的新生事物，如能成功，必將也能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效應(yīng)