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關(guān)鍵詞：橋梁工程；碳纖維的加固；加固方法

中圖分類號：K928.78文獻標識碼：A

1.引言

采用碳纖維加固材料修復補強混凝土結(jié)構(gòu)，是近來發(fā)展的新型工法，利用碳纖維材料卓越的抗拉強度到達的增強構(gòu)件承載能力及剛度的目的。碳纖維加固法可用于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補強。

2．碳纖維的加固原理

碳纖維在橋梁工程使用廣泛，其加固的基本原理是將抗拉強度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預浸成為復合增強材料；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結(jié)構(gòu)上，形成一個新的復合體，使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力，增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，以提高結(jié)構(gòu)的強度、剛度、抗裂性和延長性。

3．碳纖維加固的特點

碳纖維材質(zhì)自重輕，施工方便快捷，不增加結(jié)構(gòu)荷載；強度高，能靈活地用于抗彎、封閉箍和抗剪加固；柔韌性好，不受結(jié)構(gòu)外形限制；耐久性佳，抗化學腐蝕和惡劣環(huán)境氣候變化的能力強；同時抗高溫、抗蠕變、抗磨蝕、抗震性能好；在混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均廣泛采用。

4．碳纖維復合材料

4.1碳纖維復合材料

碳纖維復合材料通常由纖維和基體組成。其力學特點是應力應變量完全線彈性，不存在屈服點或塑性區(qū)。由于碳纖維材料具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕、耐疲勞等優(yōu)異物理力學性能，以及現(xiàn)場施工便捷，所以是舊橋加固補強的理想材料。碳纖維布的抗拉強度一般為3550MPa，彈性模量為2.35×105MPa，根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同，其厚度為0. 11~ 0. 43mm，幅寬為20~100cm，卷材長度為50~100m。

4.2粘結(jié)材料

粘結(jié)材料是指能將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時又與混凝土表面粘合的系列材料。它是保證碳纖維布與混凝同工作的關(guān)鍵，應有足夠的剛度與強度來保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應有足夠的韌性，不會因混凝土開裂導致脆性粘結(jié)破壞。此外，由于舊橋加固均在野外，所以粘結(jié)材料還應能在一般氣候條件下固化，固化時間合適(一般保證有3h左右)，對組分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小。粘結(jié)材料主要包括三類材料：底層涂料、整平材料和浸漬樹脂。

5．加固受力特點分析

（1）碳纖維布有單向碳纖維布、單向碳纖維交織布、雙向碳纖維交織布及單向碳纖維層壓材料等多種，可根據(jù)需加固結(jié)構(gòu)的不同的部位和受力特性與方向等，選擇相應的碳纖維布進行加固。

（2）將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上，使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力，以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設(shè)計荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力，其改變原有結(jié)構(gòu)的應力分布程度最小。

（3）沿橋梁的主拉應力方向或與裂縫垂直方向粘貼碳纖維布，兩端分別設(shè)置錨固端，可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴大，提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。

（4）應根據(jù)實際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋，因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時，在提高受彎承載力的同時還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當碳纖維布用量過多時，構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐摹＿€因碳纖維為完全彈性材料，它與鋼筋共同工作會減弱鋼筋塑性性能，碳纖維布用量過多，構(gòu)件延性將有所降低。

（5）碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)破壞形式變?yōu)榇嘈云茐?，其承載力極限狀態(tài)應按碳纖維抗拉強度的2 /3進行抗彎承載力計算，不能按普通鋼筋混凝土考慮。

（6）碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力，其作用機理類似箍筋，同時還能明顯改善構(gòu)件的變形性能，增強構(gòu)件的變形能力。

參考文獻：

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【關(guān)鍵詞】碳纖維；工程結(jié)構(gòu)；加固改造；施工應用

碳纖維加固技術(shù)是一種興起于上世紀八十年代的韓國、日本及歐美等國家的新型技術(shù)，在九十年代逐步在我國得到迅速的發(fā)展，國內(nèi)外很多的高校和研究單位都對碳纖維加固技術(shù)做出了大量的研究，伴隨著試驗的深入，碳纖維加固技術(shù)也得到了更大的適用范圍，應用的技術(shù)也不斷地改進，本次論文就結(jié)合了實際的案例，對碳纖維加固技術(shù)做出了簡要概述以及使用效果的分析。

1.碳纖維加固技術(shù)的特點

在建筑物的加固補強工程中，最常見的傳統(tǒng)加固方法有預應力加固法、粘貼加固法、加大截面法、增設(shè)支點法、外包鋼加固法等等，在傳統(tǒng)加固方法的基礎(chǔ)上推行碳纖維粘貼加固修補法就是一種新型的補強加固技術(shù)，主要是采用一些高性能的粘結(jié)劑把碳纖維預先施壓或者是直接粘貼到結(jié)構(gòu)物的構(gòu)件表面上，也可以讓這兩種同時工作，全面提升結(jié)構(gòu)物的構(gòu)件抗彎、抗剪的承壓能力，實現(xiàn)對建筑物的全面加固和補強。

碳纖維增強聚合物主要是由高抗拉強度碳纖維束聚合而成的，具有很多優(yōu)點，它的強度相當于普通鋼材的10倍左右，效果很好，在加固之后，還能夠在很大程度上提高建筑物結(jié)構(gòu)的耐久性和耐腐蝕性，另外，碳纖維加固技術(shù)的材料十分輕便，自重僅僅為200g/，基本上是不會增加建筑物的結(jié)構(gòu)自重以及橫截面積尺寸的，這種材料柔性好，利于剪裁而且適用的范圍也比較廣泛，在施工過程中操作十分方便，經(jīng)濟性也比較好，因此，碳纖維加固技術(shù)在建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固過程中的應用在提升建筑物承壓能力的同時，延長了建筑物的壽命，同時還節(jié)省了不必要的開支，在建筑業(yè)中具有十分廣闊的應用前景。

2.碳纖維加固技術(shù)的主要工程構(gòu)件形式

在應用過程中，最常見的加固形式主要有以下幾種：一種就是在梁板構(gòu)件受拉面上利用粘貼纖維布的形式實現(xiàn)抗彎加固。一方面是利用U型粘貼、封閉式粘貼或者是側(cè)面粘貼等形式對墻體和梁柱進行抗彎加固。再就是利用封閉式的粘貼對混凝土結(jié)構(gòu)形成一定程度的約束，進而對柱子進行抗彎的加固。在一些工程中，還可以在需要進行加固區(qū)域的表面上利用剪刀撐來進行一層或者是多層纖維布的粘貼，最終實現(xiàn)對于砌體結(jié)構(gòu)的加固。

3.碳纖維加固技術(shù)的應用原理

在加固改造工程中，最常應用的材料主要就是碳纖維以及與其配套的樹脂。這其中的碳纖維在抗壓強度極高的情況下又實現(xiàn)了與鋼材相當?shù)膹椥阅Ａ?，甚至更?yōu)越于普通的鋼材，在施工過程中具備了極好的耐久性和經(jīng)濟性，在加上配套樹脂，兩者相互作用，全面提高了碳纖維粘結(jié)的質(zhì)量，共同形成了一個復合型的整體，保證了碳纖維同建筑結(jié)構(gòu)共同工作的同時，實現(xiàn)了加固補強的整合作用。

碳纖維在建筑加固補強的應用過程中主要是遵循碳纖維片材的原理，這些片材都是采用一些高強度的連續(xù)性碳纖維，通過單向排列成束的形式利用環(huán)氧樹脂來進行浸漬固化處理，將這些片材利用專門的配制粘貼樹脂或者是浸漬樹脂，樹脂固化了之后可以同原構(gòu)件形成一個新型的加固補強表面，起到加固的作用。

4.碳纖維加固技術(shù)實際應用的注意事項

在碳纖維加固技術(shù)的應用過程中，一方面必須要了解并掌握碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)越性，這樣才能夠更加貼切地、充分地利用碳纖維加固技術(shù)。首先，碳纖維加固技術(shù)具備適用范圍廣的特點，在實際的應用過程中可以作用于很多類型混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固當中，包括板、柱、梁、墻和一些節(jié)點等等，同時也可以對很多不同種類型的受力形式進行補強加固，以柱子這類的受壓構(gòu)件為例，就可以采用環(huán)包的形式來提高混凝土約束。其次，這種碳纖維加固技術(shù)中應用的材料雖然單價不低，但是工期短、用量少、用工的數(shù)量也比較少，所以整個加固過程的綜合造價就會比較低。最后，這種加固技術(shù)的工程效率比較高，在日后的應用實踐比較長，也就是說維護的成本比較低，施工的過程中也不需要一些大型機械器具，與此同時這種碳纖維制成的布具有十分優(yōu)良的耐腐蝕性，可以長期地使用，這對于一些處在腐蝕性環(huán)境當中的結(jié)構(gòu)起到了很好的保護作用，其較快的施工速度，降低了工程對于人們?nèi)粘Ｉ畹母蓴_程度，小型的操作器械占地面積小，操作簡單，對于原有建筑物的影響也很小，所以，相關(guān)的工程施工單位一定要結(jié)合碳纖維加固技術(shù)以上的優(yōu)點恰當?shù)貞谩?/p>

另一方面，在采取粘貼式纖維片材結(jié)構(gòu)加固過程中，施工人員應該采取一些措施來大部分卸除或者完全卸除有可能作用在結(jié)構(gòu)上面的活荷載。碳纖維的加固也有不適用的地方，比如說一些素混凝土的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包括縱向受力的鋼筋，這些配筋率低于國家現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范的，這類加固之后的混凝土在長期使用的過程中，環(huán)境的溫度最好不要高于60℃。

5.碳纖維加固技術(shù)的實際應用案例

本次論文利用一個住宅樓的碳纖維加固來說明碳纖維加固技術(shù)的流程以及具體的操作要求。該住宅樓是一座建造于上個世紀九十年代初的底兩層加上四層的住宅，原本的設(shè)計是將一層和二層作為餐廳，現(xiàn)在計劃將廚房設(shè)在二樓，在一樓的廚房位置這只一個售餐臺，這種功能的改變會加大二層的荷載，所以二層的局部需要進行加固，在本次工程中，采取了碳纖維加固技術(shù)。

利用碳纖維加固技術(shù)施工主要包括了卸荷-基層處理-底膠-找平-粘貼-保護等主要流程，考慮到本次工程的施工環(huán)境比較特殊，在加固之前必須要卸荷，所以在加固之前應該將板面及粉刷層的雜物清理干凈，先開鑿一個保護層一直到結(jié)構(gòu)層的基礎(chǔ)面上，在進行下一步的處理。基層的處理主要就是將混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)的一些空鼓、剝落、腐蝕和蜂窩等比較惡劣的現(xiàn)象予以鑿除，對于一些大面積破損的質(zhì)層進行環(huán)氧砂漿的修復。最后在利用吹風機清理干凈并保持干燥。

接下來就是涂底膠的工藝，一定要預先選取適當?shù)馁|(zhì)量，在電動攪拌器的工作下攪拌均勻，然后結(jié)合現(xiàn)場的氣溫來嚴格地控制使用的時間，通常情況下應該在攪拌過的一個小時內(nèi)用完，干了之后再進行固化的工作。在找平工作中主要應該注意混凝土表面的凹陷位置填平，在模板的接頭位置一定要注意高度差的修補和填充，盡量地去降低高度差。在轉(zhuǎn)角處應該利用修補劑來制造出一個圓滑的弧度，保證半徑不小于20mm。碳纖維加固技術(shù)中的粘貼程序是最為關(guān)鍵的，通常情況下一定要嚴格按照規(guī)定的層數(shù)和尺寸來進行碳纖維布的剪裁，長度控制在三米之內(nèi)，在調(diào)配和攪拌之后均勻地涂抹在粘貼的位置，涂抹的厚度應該要高于底膠，一定要杜絕漏刷的現(xiàn)象出現(xiàn)，尤其注意碳纖維粘貼的邊緣部位。

結(jié)束語

碳纖維技術(shù)在實際的應用過程中呈現(xiàn)出了十分明顯的優(yōu)勢，具備十分強大的技術(shù)支持，所以，在結(jié)構(gòu)工程的領(lǐng)域當中，碳纖維加固技術(shù)引起了十分廣泛的反響，很多相關(guān)的高校以及科研院所更是在著力進行相關(guān)技術(shù)的一些基礎(chǔ)理論研究，相信在未來的建筑業(yè)尤其是加固改造工程中，碳纖維加固技術(shù)一定能夠得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

[1]陶建強. 碳纖維加固技術(shù)在改造工程中的應用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè)，2009，11：33-34.

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受場地等因素的限制。作為新興的纖維增強材料加固技術(shù)，特別是碳纖維加固法修復混凝土結(jié)構(gòu)具有高強高效、施工便捷、耐腐蝕、自重輕、不增加結(jié)構(gòu)尺寸等明顯的優(yōu)點。通過碳纖維材料在結(jié)構(gòu)加固中的應用分析，對碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點進行了闡述，介紹了碳纖維加固技術(shù)的施工工藝流程和質(zhì)量控制措施，分析了影響碳纖維布加固質(zhì)量的因素，提出施工中應注意的要點。

關(guān)鍵詞：碳纖維；加固技術(shù)；施工工藝；質(zhì)量控制

Abstract: The overall level of conventional reinforcement technology is relatively backward, construction methods and process more complicated, and many devices,

Subject to site constraints and other factors. As an emerging fiber reinforced plastics technology, especially carbon fiber reinforcement method repair of concrete structures with high strength and efficient, convenient construction, corrosion resistance, light weight, does not increase the structural dimensions and other obvious advantages. Through the carbon fiber

中圖分類號：TU311.4 U445.71 文獻標識碼：A

緒論

混凝土是土木建筑工程中應用量最大、面最廣的材料，自1824年水泥問世及隨之誕生的混凝土與鋼筋混凝土以來，至今已有100多年的歷史。然而隨著使用年限的增加，現(xiàn)有的許多橋梁、隧道、建筑物以及其它生命線設(shè)施等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、設(shè)施由于地理環(huán)境、自然災害、施工質(zhì)量、地震、戰(zhàn)爭等方面的原因，這些工程的耐久性受到嚴峻的考驗。同時，由于外界腐蝕、結(jié)構(gòu)改進、使用功能改變、設(shè)計規(guī)范要求提高以及材料缺陷、火災破壞等原因，大量的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)急需提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪、抗拉、抗震和抗壓等承載能力。許多大的工程每年都會耗費巨資來用于加固維修土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)施。

二、碳纖維的性能及其分類

顧名思義，碳纖維它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統(tǒng)的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍 多；它與凱芙拉纖(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學者在1981年將PAN基CF浸泡在強堿NaOH 溶液中，時間已過去20多年，它至今仍保持纖維形態(tài)。經(jīng)高溫處理后，其含碳量超過90％以上的纖維材料為高強度高模量碳纖維；其中含碳量高于99％的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好，除此之外碳纖維更有良好的生物相容性好、敏感性、吸能減震性等[1]。碳纖維同樣存在它的不足之處，這也是在使用碳纖維加固過程中需要注意的地方，它耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。

碳纖維種類分類有許多方法，可依原料、特性、處理溫度與形狀來分類。若依原料可分為纖維素纖維系之嫘縈系與木質(zhì)系；聚丙烯腈系；瀝青系；酚樹脂系與氣相碳纖系等六種。

若依特性則分為普通碳纖維；高強度高模數(shù)碳纖維與活性碳纖維等三種。若依加工處理溫度分類時，則可分為耐炎質(zhì)；碳素質(zhì)與石墨質(zhì)等三種。耐炎質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為200～350℃，可供作電氣絕緣體；碳素質(zhì)碳纖之處理加熱溫度為500～1500℃，可供電氣傳導性材料用；石墨質(zhì)碳纖之處理加熱溫度在2000℃以上，除耐熱性與電氣傳導性提高外，亦具自我性。若按碳纖維制品之形狀分類時,可分為棉狀短纖維；長絲狀連續(xù)纖維；纖維束織物等。

隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強高伸型碳纖維，經(jīng)檢測其延伸率大于2％。

三、碳纖維加固方法

在混凝土加固工程，碳纖維材料加固技術(shù)具有良好的技術(shù)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，能有效提高了原有結(jié)構(gòu)的承載能力和結(jié)構(gòu)耐久性。隨著整個社會經(jīng)濟的發(fā)展，這種技術(shù)必將成為未來結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的主流。

目前在工程維修加固中采用的加固技術(shù)，通常包括增大截面法、外包鋼加固法、預應力加固法、改變受力體系加固法、粘鋼加固法及纖維增強復合材料片材加固法等。傳統(tǒng)加固補強技術(shù)整體水平比較落后，施工方法和工藝比較復雜，設(shè)備繁多且受場地等因素的限制，作為新興的纖維增強材料加固技術(shù)，特別是碳纖維加固法(碳纖維加固是近年來美日等國家所研發(fā)的應用在土木工程中的新型補強技術(shù)。該方法采用同一方向排列的碳纖維織物,在常溫下用環(huán)氧樹脂膠粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，利用其緊密粘著混凝土表面,使二者作為一個新的整體，共同受力，是一種非常簡單且優(yōu)良的加固補強方法，與傳統(tǒng)的粘鋼加固不同,碳纖維加固在不增加結(jié)構(gòu)物的荷重的前提下達到高效加固的目的。)修復混凝土結(jié)構(gòu)具有高強高效、施工便捷、耐腐蝕、自重輕、不增加結(jié)構(gòu)尺寸等明顯的優(yōu)點，深受工程界的重視和推崇。近幾年來，這項技術(shù)己成為土木工程領(lǐng)域研究的熱點，開發(fā)研究和工程應用迅猛發(fā)展。

四、碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的具體應用

4.1 碳纖維加固技術(shù)在建筑物改造工程中的應用

4.1.1 工程概況

某時代廣場H樓座，是一幢24層框剪結(jié)構(gòu)的辦公樓。根據(jù)業(yè)主的要求，其建筑使用功能發(fā)生改變，5層、6層改為職工餐廳，7層改為企業(yè)檔案室。在對其改變后的結(jié)構(gòu)承載力進行計算時發(fā)現(xiàn)，原結(jié)構(gòu)部份鋼筋混凝土樓板、梁的抗剪強度和梁支座及跨中抗彎強度不足，必須進行結(jié)構(gòu)補強。

結(jié)構(gòu)補強加固的備選方法包括加大截面加固法、外包鋼加固法、粘鋼加固和粘貼碳纖維加固法等。加大截面加固法雖然具有施工簡單易行，可提高構(gòu)件的剛度、承載力和變形能力等優(yōu)點，但需增大構(gòu)件的截面，從而增加構(gòu)件自重，并且對建筑使用功能有一定的影響。外包鋼加固法和粘鋼加固法，雖然構(gòu)件的截面尺寸增大不多，但是同樣會增加構(gòu)件的自重，而且結(jié)點不易處理，施工難度較大，還存在化學腐蝕問題。經(jīng)過方案比較，最終決定采用粘結(jié)碳纖維加固技術(shù)對該工程進行補強加固。

4.1.2構(gòu)造措施

（1）在梁受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進行受彎加固時，需將纖維方向與加固處的受力方向保持一致。采用粘貼碳纖維u型箍對梁進行受剪加固，纖維方向須與構(gòu)件軸向垂直。

（2）采用碳纖維u型箍對梁進行受剪加固，梁底棱角處需進行倒角處理，通過打磨加以園化使碳纖維布得以受力均勻，圓弧直徑不小于20mm。

（3）碳纖維布沿纖維受力方向的搭接長度不應小于100mm，采用多層碳纖維布加固，各層碳纖維布的搭接位置應在板底粘貼碳纖維布的端部應設(shè)置垂直于受力碳纖維方向的150mm寬通長壓條一道。

。

4.1.3加固施工工藝流程及施工工藝要點

采用粘貼碳纖維片材加固昆凝土結(jié)構(gòu)，主要的工藝流程是：施工準備混凝土表面處理配置并涂刷底層樹脂配制找平材料并對不平整處進行找平處理配制并涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂粘貼碳纖維片材表面防護。

（1）表面處理

首先將需補強加固的梁板抹灰層鑿除，發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫時，應根據(jù)裂縫的具體情況，采取不同的方法對裂縫進行修補，待裂縫中的填充物達到一定強度后，通過打磨，去除混凝土表面1～2mm的疏松層及油污等雜質(zhì)，并使其表面平整，然后用壓縮空氣將浮灰清除干凈轉(zhuǎn)角需粘貼碳纖維布處要進行倒角處理，打磨成圓弧狀，圓弧直徑不小于20mm。當混凝土表面凹凸不平時，應用找平材料將其填平。若施工環(huán)境溫度較大，或混凝土表面潮濕時，應對混凝土表面進行干燥處理。

（2）涂刷基底膠

為了加強碳纖維布與混凝土表面的粘結(jié)力，應在混凝土表面涂刷配比為主劑：固化劑=3：1

的基底膠，從而使補強加固措施的效果得以充分發(fā)揮?；啄z應根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用并嚴格控制使用時間，一般情況下應在20～50min內(nèi)用完。用滾筒均勻地將基底膠涂刷在經(jīng)處理后的混凝土表面上，一般情況下經(jīng)過6~24小時的固化(以手指觸摸感覺干燥為準)后即可進入下一道工序。

（3）碳纖維布粘貼

在需粘貼碳纖維布的部位均勻涂抹調(diào)制好的材料粘結(jié)劑(使用方法同底膠)，膠層厚度應滿足設(shè)計要求。涂刷厚度應比底膠稍厚，而且應注意不得漏刷，特別是在粘貼碳纖維的邊緣部位。在搭接、混凝土轉(zhuǎn)角等部位應多涂一些。然后在規(guī)定的時間內(nèi)將按設(shè)計要求的尺寸剪裁好的碳纖維布迅速粘貼在設(shè)計粘貼部位，在粘貼碳纖維布時要注意粘貼質(zhì)量，最主要的一點是碳纖維布與加固構(gòu)件之間不允許有氣泡存在，否則會嚴重影響加固質(zhì)量，所以在粘貼碳纖維布時要用滾筒沿碳纖維布受力方向反復滾壓，使其中的氣泡被全部擠出，確保碳纖維布與混凝土表面粘貼緊密。粘貼完后，在碳纖維布表面再涂抹一層粘接劑，并用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護。

在已完成粘貼碳纖維加固的結(jié)構(gòu)表面涂一層粘結(jié)膠。最后，在其干燥后用水泥砂漿抹面。

4.1.4工程加固對比分析

該工程為框剪結(jié)構(gòu)，對于該框剪結(jié)構(gòu)而言其建筑物受力主要在梁、柱及核心筒上。即使這樣碳纖維加固法仍舊能在眾多加固方案中脫穎而出，這就說明了碳纖維加固技術(shù)在加固技術(shù)市場上具有相當?shù)恼f服力。此次加固是對梁進行U形粘貼碳纖維布，具體施工操作方面比加大截面、粘鋼等傳統(tǒng)方法占據(jù)不少優(yōu)勢，甚至比一般的室內(nèi)裝飾還要簡單。此處使用粘貼碳纖維布對主結(jié)構(gòu)進行加固，避免了傳統(tǒng)加大截面法的濕作業(yè)，使施工更為快捷簡便并且不會留下過的建筑垃圾清理；此外碳纖維加固粘貼率近乎100%，此項優(yōu)勢彌補了粘鋼的最大劣勢，粘鋼加固法在結(jié)點處不易處理，并且在施工后還要考慮其化學腐蝕問題，而對碳纖維加固來說這些顧慮卻可以直接忽略。

相比較加大截面、粘鋼等傳統(tǒng)加固方法，碳纖維加固法更為簡便、快捷大幅度減少

了人工。在節(jié)省成本的同時又提高了加固質(zhì)量可謂是魚和熊掌兩者兼而得之。

五、結(jié)束語

近年來我國一直存在一些建筑物因施工不規(guī)范或因年久失修、增加荷載、改變使用功能或因一些不可抗力而導致其構(gòu)件強度、承載力達不到使用要求，此時便要對建筑物實施加固措施。我國一直以來都在延用一些傳統(tǒng)的加固方法，而這些傳統(tǒng)的加固方式總有施工條件苛刻、加固效果不理想、加固后改變了構(gòu)件的大小等一系列問題使加固結(jié)果不甚理想。

隨著時代、科技的進步，我國在建筑物、構(gòu)筑物的修補、加固上已經(jīng)逐漸摒棄了加大截面、置換混凝土、粘鋼、植筋、繞絲等一系列傳統(tǒng)的加固方法，取而代之的是新一代碳纖維加固技術(shù)。由本文上述內(nèi)容可知：碳纖維是一種無機的高分子纖維材料，具有較高的軸向強度、較小的膨脹系數(shù)，還有良好的耐熱、耐寒、耐水、耐腐蝕性更有良好的韌性。正是這一系列的特性糅合在一起才組成了這一種強大的建筑修補、加固材料。

碳纖維加固技術(shù)較其他傳統(tǒng)加固工藝有很多優(yōu)越性。首先，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)。碳纖維加固現(xiàn)場施工方便、實用，并能將傳統(tǒng)加固方法處理不好的一些建筑結(jié)點處理的相當完美，此外，施工時間短并且不需要大型的機械器具，施工工效卻是包鋼加固方法的數(shù)十倍。其次，由于碳纖維的耐腐蝕性等特性，使得這種加固技術(shù)不會受到酸堿腐蝕及天氣條件的影響，并且它的彈性及延展性非常好有效的提高修補結(jié)構(gòu)的承載力。更重要的是在起到良好加固效果的同時不會改變原構(gòu)件的外觀，僅此一點優(yōu)勢就已經(jīng)擊敗了絕大多數(shù)的傳統(tǒng)加固技術(shù)，碳纖維加固技術(shù)的問世可以說是建筑加固事業(yè)隨著時代向前邁進了一大步。

篇4

關(guān)鍵詞:碳纖維；加固；粘貼；橋梁結(jié)構(gòu)

中圖分類號：K928.78 文獻標識碼：A 文章編號：

自上世紀七十年代末初期，歐洲進行纖維增強復合材料（FRP）在土木工程應用研究以來，具有極好的比強度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強復合材料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼加固工程，形成了纖維增強復合材料補強加固已有混凝土橋梁的新技術(shù)，其中碳纖維增強復合材料（CFRP）應用更多?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)的粘貼碳纖維板技術(shù)在加固中具有不中斷交通，且工期短，人工少的優(yōu)點。所以擴展該項技術(shù)開展了配有大偏心CFRP體外束預應力混凝土連續(xù)梁橋體系應用研究，是本世紀新型橋梁建設(shè)方向之一。

一、碳纖維材料的基本特性

碳纖維增強復合材料補強加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復合體，共同工作。

1、碳纖維片材。

片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比，片材的拉伸強度很高。

片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。

相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。

2、配套樹脂類粘結(jié)材料。

混凝土結(jié)構(gòu)加固修補配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。

浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。

就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關(guān)。采用專配的環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時，粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。

二、碳纖維加固補強的施工工藝

1、根據(jù)設(shè)計確定粘貼碳纖維的范圍進行基底處理

a）將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達到結(jié)構(gòu)密實部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進行修補復原；

b）裂縫修補?？p寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫；

c）將構(gòu)件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復后的段差盡量平順。用磨光機把棱角磨成半徑大于30mm的圓角；

d）清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。

2、底層涂刷（底層涂料具有較強的滲透性，可滲入砼表面內(nèi)）。

a）把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌均勻，一次調(diào)和量應在可使用時間內(nèi)用完為準；

b）用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料；

C）底層涂料固化后，表面有凸起部分時要用砂紙磨光；

d）注意在氣溫小于5C，相對濕度大于85，砼表面含水率在8以上，有結(jié)露可能而無可靠保證措施時，均不得施工。

3、環(huán)氧膩子對構(gòu)件表面殘缺的修補。

a）構(gòu)件表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填平，修復至表面平整；

b）內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補使之平順。

4、貼碳纖維片。

a）為了防止碳纖維受損，在碳纖維片運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受彎折。貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片，每段長度一般不超過6rn；。

b）碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接；

c）按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂，稱為下涂；

d）貼片時，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。

5、養(yǎng)護。

粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

6、涂裝。

根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補強構(gòu)件表面，涂刷耐火涂層和色彩。

三、碳纖維（片材）加固處理要點

在進行結(jié)構(gòu)加固處理前，先對梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進行加固施工。

（1）破損面混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層。

（2）按設(shè)計要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護層厚度不小于15mm.利用打磨機將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無粉塵。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm.

（3）涂刷底層樹脂：用專用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥時即進行下一道工序施工。

（4）找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有菱角。

（5）粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復上述步驟，待纖維表面接觸干燥時即可進行下一層的粘貼。如超過60min，則應等12h后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。

（6）在最后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。

四、對碳纖維加固補強技術(shù)的展望

碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復補強雖然時間不長，但發(fā)展很快，其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點：

a）施工簡便迅速，無需模板、夾具、支撐等；

b）不增加結(jié)構(gòu)重量，碳纖維片重量200g/m.～300g/m，設(shè)計厚度0.1l1mm～0.167mm，加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕，對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計；

篇5

關(guān)鍵詞：碳纖維布橋梁加固技術(shù)

中圖分類號：K928.78 文獻標識碼：A 文章編號：

粘貼碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項新型、簡便、有效的混凝土橋梁加固技術(shù)。該技術(shù)充分應用了碳纖維增強復合材料所特有的高比強度、高比模量、耐腐蝕、抗疲勞及施工簡便等許多優(yōu)點，為混凝土橋梁加固技術(shù)注入了新的活力。本文結(jié)合北京市通州區(qū)武窯橋墩碳纖維布加固技術(shù)的實踐，詳細闡述碳纖維布技術(shù)的工藝、工序及施工注意事項。

1碳纖維結(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、補強的目的使用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：

1）強度高，抗拉強度約為普通鋼材的10－15倍；

2）加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；

3）自重輕，本工程碳布約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；

4）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；

5）施工工期短，本工程實例僅用10天。

2碳纖維布的加固原理

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，同時又要確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達到加固的目的。

3適宜的承載力加固類型

3.1碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很??；在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現(xiàn)。但通過粘貼碳纖維布提高的承載力應受到限制（不大于40％加固前的承載力）。

碳纖維片材用于受彎構(gòu)件正截面加固的破壞形態(tài)：1）端部剝離破壞，研究表明，在靠近支座端部的片材與基層之間會有很大的端部剪力存在，使得片材與基層剝離，從而使碳纖維不能與原結(jié)構(gòu)共同受力，失去加固作用。2）彎曲裂縫剝離，在已開裂的部位，裂縫兩邊膠中有很高的剪應力存在，使得裂縫兩邊的片材容易剝離。3）碳纖維拉斷，同時鋼筋屈服。4）碳纖維不拉斷，鋼筋不屈服，壓區(qū)破壞。5）鋼筋屈服，碳纖維不拉斷，壓區(qū)破壞。

3.2碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構(gòu)件

鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較??；在構(gòu)件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。

4粘貼碳纖維布施工技術(shù)

依據(jù)本工程設(shè)計圖紙要求，本工程施工分4個步驟，分別是基底處理、涂底層涂料、粘貼碳布、表面防護。

4.1基底表面處理

清除墩柱表面剝落、疏松、腐蝕等劣化混凝土，混凝土表面用角磨機打磨平整，直至露出混凝土結(jié)構(gòu)層。構(gòu)件面蜂窩、麻面、凹凸部位用修補結(jié)構(gòu)膠填平，修補膠固化后（以手指觸感干燥為宜，約5小時）進行下一道工序。

4.2涂底層膠

按粘貼面積計算好用量，準確稱取甲、乙組份，按甲：乙＝3：1的混合比例，在一潔凈容器（塑料或金屬盆，不得有油污、水、雜質(zhì)）中均勻攪拌，攪拌時最好沿同一方向攪拌，盡量避免混入空氣形成氣泡。用硬毛刷將配好的底膠均勻的涂刷到粘貼面，膠量必須充足飽滿。

4.3粘貼碳纖維布

按設(shè)計要求尺寸剪裁碳布，注意整齊劃一，避免毛刺。宜在平整的木板、紙板、塑料布上裁剪，以保持纖維布的潔凈。

碳布粘貼前應先配制完成面膠，然后將配制好的面膠均勻涂抹于構(gòu)件粘貼部位和碳布上，（75％的面膠涂抹在碳布的粘貼面，當粘貼后，剩余的25％面膠涂抹于碳布外表面）拐角部位適當多涂抹一些。用專用滾筒順纖維方向多次滾壓，促使碳布平整延展，粘貼劑充分滲透，滾壓時不得損傷纖維布。在碳布表面涂刷部分粘貼劑，繼續(xù)往復刮涂碾壓，趕出氣泡，并使粘貼劑均勻覆蓋碳布。注意碳纖維片縱向接頭，必須搭接10cm以上。第一層碳布表面面膠指觸干燥后，立即進行第二層碳布粘貼，重復上術(shù)步驟。注意第二層粘貼時，縱向搭接不能與第一層在一個部位，層間必須錯開至少50cm。

4.4表面防護

粘貼48小時后，刷20mm厚水泥砂保護，涂刷要均勻、無流漿、滴淚現(xiàn)象。

4.5施工注意事項

1）粘貼膠的一次攪拌量應滿足本次施工的使用量，不可超出，如超過使用時間則應將粘貼膠廢棄，不允許再次使用。通常在室溫條件下粘貼膠的有效時間為1小時。

2）施工過程中應避免碳布沿纖維垂直方向彎折。

3）為保證安全施工，橋梁在施工過程中采取限載措施。

6主要優(yōu)點

1）強度高。碳纖維片材的抗拉強度一般都在3500 MPa以上，遠高于鋼材；抗拉彈性模量為230000 MPa—430000 MPa，亦高于鋼材。因此它的比強度（即材料的強度與其密度之比）可達到2000 MPa／（g·cm3）以上，而Q235鋼的比強度僅為59 MPa／（g·cm3）左右，比模量也比鋼材高。

2）施工簡便、快捷。使用碳纖維加固構(gòu)件不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料，易于操作，施工周期短，經(jīng)濟性好。

3）抗酸堿鹽類介質(zhì)的腐蝕，應用面廣。加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性，可以應用于各種工作環(huán)境的構(gòu)件加固。

4）可以有效地封閉混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。

5）易于保持結(jié)構(gòu)原狀，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。

6）自重輕（約200 g／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。

7）施工工期短。

7結(jié)語

由于碳纖維的上述優(yōu)點，故它在大跨度橋梁特別是立交橋梁加固中得到廣泛應用。廣州花地立交橋加固、廣州解放北立交橋加固和廣州客村立交加固就采用了碳纖維進行梁底和梁側(cè)加固。

參考文獻:

篇6

關(guān)鍵詞：碳纖維復合材料 混凝土結(jié)構(gòu) 加固技術(shù)

碳纖維布加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補強的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的研究始于80年代美、日等發(fā)達國家，我國起步很晚，近年來發(fā)展十分迅速，在航空、航天、汽車、環(huán)境工程、化工、能源、交通、建筑、電子、運動器材等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

采用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：1、抗拉強度高，是普通鋼材的10倍；2、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；3、自重輕（約200g/m2），密度只有普通鋼材的1/4；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，適合任何形狀；4、施工簡便（不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），沒有濕作業(yè)，易于操作，經(jīng)濟性好；5、適用范圍廣，施工工期短。

1、工程概況

四平市站前住宅樓，建造于90年代初，底部框架剪力墻結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)，底部2層框架，上部4層住宅。原設(shè)計1，2層為餐廳（活荷載為2.5KN/ m2），廚房（活荷載為4.0KN/ m2）設(shè)在一層。現(xiàn)計劃重新裝修開設(shè)肯德雞連鎖店，將廚房移到2層，原1層廚房位置設(shè)售餐臺。由于功能改變導致荷載增大，原2層局部梁將不能滿足設(shè)計要求，需要加固。經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術(shù)可行性比較，決定采用碳纖維復合材料進行加固。

2、材料特性

⑴本工程使用德國進口的碳纖維布（C200），其主要性能指標見表1：

表1：碳纖維布主要性能指標

型號

單位面積質(zhì)量

（g/cm-2）

設(shè)計厚度

mm

抗拉強度

fcf (Mpa)

彈性模量

Ecf (Mpa)

UDO200

200

0.111

4900

2.3×105

⑵粘貼用樹脂采用國產(chǎn)JGN型建筑結(jié)構(gòu)膠，其主要性能指標見表2：

表2：配套膠主要性能指標

種類

拉伸強度

MPa

壓縮強度

MPa

剪切強度

Mpa

適用溫度

℃

可使用時間

min

基底樹脂

（JGN-E）

-

-

-

0～38

15～30

修補樹脂

（LGN-F）

＞28

＞50

＞18

0～38

＞40

粘結(jié)樹脂

（JGN-D）

＞28

＞50

＞18

0～38

＞60

3、加固設(shè)計

3.1基本假定

碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算采用如下基本假定：

受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計；

梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；

（3）碳纖維材料采用線彈性應力-應變關(guān)系：σcf=Ecf×εcf且εcf

3.2加固設(shè)計

根據(jù)《碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 146:2003）［1］的規(guī)定，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限設(shè)計法進行計算?？紤]到作用在加固結(jié)構(gòu)上的活荷載基本卸除，故不考慮二次受力的影響。

取A軸梁跨中為例

梁截面：b×h=350mm×650mm，C30混凝土，原梁配有As0 = 2900mm2 As0＇=980mm2

設(shè)計彎矩：Mu=510Kn·m 按原設(shè)計計算最大彎矩設(shè)計值：

x=( fyAs－fy＇As＇)/ fcb=115mm

Mu= fcbx (h0－x/2)+ fy＇As＇ (h0－a’)

= 14.3x350x115x(585-57.5)+300x980(585-40)=463.6 kN·m

本設(shè)計采取在梁底粘貼300mm寬碳纖維布3層（Acf=99.9mm2）， 按規(guī)程公式計算

碳纖維片材厚度折減系數(shù)：km=1-ncfEcftcf/420000=1-3x2.3x105x0.111/420000＝0.818

[εcf]= kmεcfu=0.017>0.01 取[εcf]=0.01

界限相對高度：

ξcfb=0.8Xεcu/(εcu+[εcf])=0.8×0.0033/((0.0033+0.01)=0.1985

混凝土受壓區(qū)高度x和受拉面上碳纖維片材的拉應變εcf應按下列公式進行計算：

1）、fcbx=fyAs－fy＇As＇+Ecfεcf Acf

2)、x＝0.8εcu/εcu+εcf

解得：ξcfbh＝0.1985x650＝129

根據(jù)規(guī)范公式4.3.2-1，

M=fcbx (h0－x/2)+fy＇As＇ (h0－a’)+ Ecf εcfAcf (h－h(huán)0)

=14.3x350x137x(585-68.5)+300x980(585-40)+2.3x105x0.0051x99.9x65=524kN·m

由計算結(jié)果可知經(jīng)過加固，此梁的最大彎矩設(shè)計值比原來提高了13％。

3.3構(gòu)造做法

為了加強梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力，在梁端每側(cè)粘貼160mm寬U型箍1道，在主次梁相交處每側(cè)粘貼160mm寬U型箍1道。

U型粘貼的粘貼高度宜取構(gòu)件截面高度。對于U型粘貼形式，宜在上端粘貼縱向碳纖維片材壓條。［2］

考慮到碳纖維布多層粘貼時受施工現(xiàn)場影響的因素較大，建議受彎構(gòu)件粘貼碳纖維布的層數(shù)不應超過3層。

轉(zhuǎn)貼于 4、施工工藝

一般工藝流程為卸荷—基底處理—涂底膠—找平—粘貼—保護。

考慮本工程特殊施工環(huán)境因素，加固中應進行卸荷。加固前先將板面粉刷層及板面雜物清除。

本工程加固施工中，應先鑿開保護層直至結(jié)構(gòu)層基面，方可進行下一步處理。

基本施工步驟：

⑴基底處理：

①混凝土表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進行修復。

②混凝土角磨機、砂紙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，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。

③風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

⑵涂底膠

①按配合比主劑∶固化劑＝3:1配置底膠。將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20—50mim內(nèi)用完。

②將底膠均勻涂刷于混凝土表面，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。一般固化時間為6—24h。

⑶找平

①混凝土表面凹陷部位應用修補劑填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應用修補劑填補，盡量減小高度差。

②轉(zhuǎn)角處也應用修補劑修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待修補劑表面指觸干燥后方可進行下一步工序。

⑷粘貼

①按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布。

②調(diào)配、攪拌粘貼材料粘結(jié)劑（使用方法與底膠相同），然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。

③粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結(jié)膠充分浸透碳纖維布；并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。多層粘貼應重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。

④在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結(jié)膠。用工具反復沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。

⑤碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm。

⑸保護

加固后的碳纖維布表面采用抹灰或噴防火涂料進行保護。

⑹質(zhì)量要求

①每一道工序結(jié)束后均應按工藝要求進行檢查，并做好相關(guān)的驗收記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問題，應立即返工。

②施工結(jié)束后的現(xiàn)場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回音判斷粘結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實的現(xiàn)象，應采用針管注粘結(jié)膠的方法進行補救。粘結(jié)面積若少于90%則判定粘結(jié)無效，需重新施工。

③嚴格控制施工現(xiàn)場的溫度和濕度。施工溫度在5－35℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于70%。

5、施工效果

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關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)原理

中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號：

在土建工程中，由于各種原因，經(jīng)常要對既有建筑結(jié)構(gòu)進行補強、加固。其中一種全新的建筑結(jié)構(gòu)加固方法——碳纖維材料對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固目前得到了越來越廣泛的應用。碳纖維自身具有強度高、自重輕、施工方便、快捷等優(yōu)良性能，因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件以提高其承載能力及延長使用壽命在建筑工程施工中有著廣泛的發(fā)展前景。

一．碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)

碳纖維復合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固、修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是上世紀90年代在我國興起的一項新型加固技術(shù)，該項技術(shù)是將高性能纖維——碳素纖維應用于土木工程，利用樹脂類材料將碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，形成復合材料體（CFRP），通過其與混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強、加固及改善受力性能的目的。

二．碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)原理

碳纖維材料具有強度高、彈性模量高、重量輕及耐腐蝕等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋彈性模量，某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種理想的加固修復材料。碳纖維加固修復混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要有碳纖維與配套樹脂。其中配套樹指包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，后者的作用是使碳纖維與混凝土形成一個復合整體而共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪力，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固、補強。

三．碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點

采用碳纖維布加固結(jié)構(gòu)具有高強高效的優(yōu)點。

首先，由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學性能，在加固修補混凝土結(jié)構(gòu)中可以提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延展性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。

其次，該加固技術(shù)施工便捷，工效高，無濕作業(yè)，不需大型施工機具，施工占用場地少。經(jīng)統(tǒng)計同為粘貼加固工法，粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的5-8倍。

第三，其具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。試驗表明，碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性和耐久性，可以抗御建筑物經(jīng)常遇到的酸、堿、鹽對結(jié)構(gòu)物的腐蝕。

第四，其適用范圍廣泛。粘貼碳纖維材料加固修補混凝土結(jié)構(gòu)可適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道等)、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、各種結(jié)構(gòu)部位(如梁、板、柱、節(jié)點、拱、殼、墩等)的加固修補，且不改變結(jié)構(gòu)形狀，這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，對于一些大型橋梁、橋墩、橋板以及隧道、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工程等，采用以往的加固手段幾乎無法實施，而采用該項加固技術(shù)都能順利解決，施工質(zhì)量易保證。

第五，由于碳纖維材料是柔性的，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以達到100％的有效粘貼率，而粘貼鋼板則很難達到100％的有效粘貼面，相應的驗收標準也只要求其達到70％即可。碳纖維材料質(zhì)量輕且薄，粘貼后重量不大于1.0kg/m2，粘貼一層的厚度僅1mm左右，加固修補后基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。

四．碳纖維加固混凝土框架施工工藝

一）.技術(shù)準備

首先利用回彈法對框架混凝土進行檢測，以提供加固所需參考數(shù)據(jù)。經(jīng)檢測后得到混凝土的實際強度，再根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的受損情況，考慮提高混凝土的強度等級并以此確定粘貼層數(shù)。

在受彎加固時，應使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應力方向一致。如梁底寬度為300mm，而碳纖維布寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及框架梁下的受拉范圍，將碳纖維布裁為兩部分，第一層300mm寬，第二層310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側(cè)；再粘貼100mm寬碳纖維布“U”形箍；框架梁兩側(cè)上邊緣各粘貼四根100mm寬碳纖維布固定碳纖維“U”形箍?？蚣苤庸虝r類比上述梁加固做法。

碳纖維布的主要力學指標

二）.材料準備

配套粘結(jié)材料有冬季和夏季兩種型號，分別由A劑和B劑配制而成，其中A劑為混合料，B劑為固化料，分別包裝，現(xiàn)場使用時，按工藝要求規(guī)定的比例混合均勻，形成所需的底層、找平和粘結(jié)樹脂。

①底層樹脂：用于增強混凝土表面與找平材料或粘結(jié)樹脂界面粘結(jié)強度；

②找平樹脂：使加固表面平整度符合規(guī)定要求，并與底層樹脂及粘接樹脂具有可靠的粘結(jié)強度；

③粘結(jié)樹脂：主要粘結(jié)材料，其作用使碳纖維布與混凝土有效粘結(jié)，共同承受荷載。

配套樹脂主要力學性能指標

三）.加固施工

1）.工藝流程：表面處理修補找平定位、下料膠料配制粘貼碳纖維布表面防護檢驗、驗收。

2）.施工工法

（1）、表面處理：清理所粘貼部位混凝土表層，混凝土表面應露出結(jié)構(gòu)，本體潔凈，打磨平整，經(jīng)表面處理后的粘貼面平整度要求5mm/m；構(gòu)件轉(zhuǎn)角應成圓弧狀，半徑不小于20mm，打磨后用吹風機吹凈并清洗干凈。。

（2）、修補找平：被加固的框架混凝土保護層疏松或局部裂紋、蜂窩，應清除直至露出結(jié)構(gòu)層后用砂漿修補表層，有高差及轉(zhuǎn)角部位、凹凸處應采用砂漿找平，抹成平滑曲面。

（3）、樹脂配制：粘結(jié)樹脂調(diào)制前對A、B組分按規(guī)定比例分別攪拌，混合后再充分攪拌均勻。膠料應嚴格按比例配制，調(diào)膠使用的工具應為低速攪拌器，攪拌應充分均勻，配制攪拌后的膠料應無沉淀、色差氣泡，并應防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。

（4）、粘貼碳纖維布：按設(shè)計要求尺寸裁剪碳纖維布，不得損傷橫向織物面，將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部位的混凝土面上，然后鋪貼碳纖維布并用滾筒沿碳纖維纖維方向滾壓多次，平整無氣泡，使粘結(jié)膠充分浸透纖維。

（5）、表面防護：在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠進行防護，涂抹應均勻充分，不應漏涂。

（6）、檢驗：粘貼完工經(jīng)固化后，進行檢驗。密實度可用小錘敲擊構(gòu)件粘貼表面，通過不同聲音判別密實情況。密實度應達到相關(guān)規(guī)定，否則應重新修補后再檢驗。

3）.質(zhì)量檢驗及驗收標準

（1）、纖維產(chǎn)品應按設(shè)計圖紙要求選用，技術(shù)指標必須符合有關(guān)規(guī)定，所用纖維產(chǎn)品應有產(chǎn)品質(zhì)量保證書。

（2）、粘結(jié)樹脂應按設(shè)計要求選用，符合基本性能要求，所用膠料產(chǎn)品應有產(chǎn)品質(zhì)量保證書。

（3）、施工質(zhì)量檢驗及驗收標準

（2） 空鼓面積站總粘貼面積

四．小結(jié)

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關(guān)鍵詞：碳纖維；加固；市政工程

由于碳纖維加固技術(shù)具有質(zhì)量輕、強度高，施工快速便捷，抗疲勞性能佳以及優(yōu)秀的耐腐蝕、抗?jié)B透等性能，該技術(shù)近年來在我國土木工程結(jié)構(gòu)加固改造領(lǐng)域中迅猛發(fā)展，脫穎而出。它彌補了傳統(tǒng)加固技術(shù)方法中的諸多不足，體現(xiàn)出了不可替代的優(yōu)越性。近期運用碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)也出現(xiàn)在市政工程建設(shè)領(lǐng)域，不少城市橋梁、隧道、堤岸工程，以及其他一些市政設(shè)施建筑物、構(gòu)筑物的維護大修工作過程中都采用了該技術(shù)。

1市政工程領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)加固技術(shù)的需求

城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入也日益加大，不少城市道路、橋梁、市政管線、河流堤岸等設(shè)施都在逐步進行更新與擴容，一些不能滿足未來使用要求的建筑物與構(gòu)筑物將面臨拆除或加固處理。例如在城市道路進行拓寬的過程中，河道上的橋梁也需要增加車道，一方面可以將原來的橋梁拆除重新建設(shè)滿足使用要求的橋梁，另一方面則可以對原橋梁進行加固處理，增加橋面寬度，達到增加車道的目的。通常來說，以下幾種情況造成城市市政設(shè)施需要進行加固處理：（1）由于市政設(shè)施使用超過了或達到了設(shè)計基準期，建筑物、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)已經(jīng)老化，不適宜繼續(xù)使用。例如城市早期建設(shè)的橋梁、河道的護岸工程。（2）早期的某些設(shè)施由于當時的工程建設(shè)質(zhì)量較差，隨著時間的推移，建筑物、構(gòu)筑物出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)缺陷。（3）由于某些自然災害以及人為損壞事件的發(fā)生，對市政工程中建筑物、構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重損傷，需要對受損結(jié)構(gòu)進行加固處理，提高設(shè)施的安全性和耐久性，延長其使用壽命。（4）由于設(shè)施的功能與規(guī)模等發(fā)生變化，原來的建筑物、構(gòu)筑物不能滿足使用要求，需要對原設(shè)施進行加固處理以滿足未來的使用要求。這是城市中市政設(shè)施需要進行加固處理的最常見原因。

2碳纖維加固技術(shù)介紹

2.1常用結(jié)構(gòu)加固技術(shù)介紹

2.1.1增大截面法

增大截面法是指用同一種材料，通過增大構(gòu)件截面面積，提高構(gòu)件的承載力和結(jié)構(gòu)剛度來達到對原構(gòu)件進行加固目的的一種傳統(tǒng)的加固方法。該方法廣泛運用于砌體結(jié)構(gòu)中的梁、板、柱、墻等構(gòu)件，鋼結(jié)構(gòu)中的柱、屋架等構(gòu)件。2.1.2外包鋼加固法

外包鋼加固法是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件四角（或兩角）包以型鋼的加固方法，它是一種使用面較廣的傳統(tǒng)加固方法。該方法分為干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。

2.1.3預應力加固法

預應力加固法是在被加固構(gòu)件體外增設(shè)預應力拉桿或撐桿，通過施加預應力使體外拉桿或壓桿與被加固構(gòu)件共同受力，克服被加固構(gòu)件應力的超前現(xiàn)象，提高建筑物承載能力和剛度的方法。

2.1.4粘鋼加固法

粘鋼加固法是用粘結(jié)劑將鋼板粘貼到需要加固的結(jié)構(gòu)構(gòu)件部位，以提高構(gòu)件承載力和剛度的一種加固方法。這種方法在提高承載力的同時，還可以約束核心混凝土，提高混凝土強度和構(gòu)件的延性。

2.1.5增設(shè)構(gòu)件加固法

增設(shè)構(gòu)件加固法是在原構(gòu)件基礎(chǔ)上增加新的構(gòu)件，用以減少受荷面積，從而間接達到結(jié)構(gòu)加固的目的。

2.1.6增設(shè)支點加固法

增設(shè)支點加固法是在梁、板等構(gòu)件上增設(shè)新的支點，在柱子、屋架之間增設(shè)支撐構(gòu)件，用以減少結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計算跨度、荷載效應，挖掘構(gòu)件潛力，增加構(gòu)件的穩(wěn)定性，用以達到加固的目的。2.2碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)介紹

2.2.1概述

近年來FRP（Fiber Reinforced Plastics纖維增強塑料）在土木工程中的應用一直是國外土木工程界研究開發(fā)的一個熱點。FRP的含義很廣，它指近年來開發(fā)出來的各種高科技纖維材料，其中CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastics碳纖維）在土木工程領(lǐng)域研究和應用較多，并日益受到工程界的重視。根據(jù)生產(chǎn)的原料不同，碳纖維有很多種類，主要有碳纖維布、碳纖維板和碳纖維預應力筋。這些碳纖維產(chǎn)品的共同特點是：（1）軸向抗拉強度高，纖維方向的抗拉強度約為普通碳素鋼的十幾倍；（2）密度小、重量輕，易于施工操作；（3）耐久性好，有良好的耐腐蝕及耐老化性能，不需采用特殊的防護措施；（4）彈性模量高，高強型碳纖維的彈性模量略高于普通鋼材，而高彈型碳纖維的彈性模量可達鋼材的兩倍；（5）應力應變曲線呈線性關(guān)系，直至拉斷脆性破壞。碳纖維結(jié)構(gòu)加固方法是指利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維材料粘貼于混凝土構(gòu)件表面，使混凝土構(gòu)件與碳纖維共同作用，從而達到對構(gòu)件結(jié)構(gòu)補強加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)補強加固的研究工作開始于20世紀80年代末。

2.2.2施工工藝介紹

碳纖維結(jié)構(gòu)加固方法的施工工藝主要包括施工前期準備、加固區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)基層表面的打磨與修復處理、碳纖維材料與膠結(jié)劑的制備、碳纖維材料的粘貼及固化養(yǎng)護、現(xiàn)場粘貼成品的保護以及施工驗收。2.2.3碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的優(yōu)越性與傳統(tǒng)加固修補方法及粘鋼板、噴射混凝土加固技術(shù)相比，碳纖維材料（CFRP）加固修補混凝土結(jié)構(gòu)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：

2.2.3.1高強高效由于CFRP優(yōu)異的物理力學性能，在加固修補混凝土結(jié)構(gòu)中可以充分利用其高強度、高彈性模量的特點來提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達到高效加固修補的目的。

2.2.3.2施工便捷施工工效高，沒有濕作業(yè)，不需大型施工機具，無需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少。

2.2.3.3具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性能試驗表明，粘貼CFRP加固修補混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性能及耐久性，可以抗拒建筑物經(jīng)常遇到的各種酸、堿、鹽對結(jié)構(gòu)的腐蝕。

2.2.3.4適用面廣粘貼CFRP加固修補混凝土結(jié)構(gòu)可廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)形狀、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀。這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。尤其重要的是，對于一些大型土木工程結(jié)構(gòu)，如大型橋梁的橋墩、梁、板，隧道，大型筒體，以及殼體結(jié)構(gòu)工程等，采用原有的加固手段幾乎無法實施，而采用該項加固技術(shù)都能很順利地解決。

2.2.3.5施工質(zhì)量易保證由于碳纖維材料是柔性的，即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以保證近100%的有效粘貼率，而且粘貼后發(fā)現(xiàn)表面局部有氣泡，也很易于修補。

2.2.3.6碳纖維材料質(zhì)量輕且薄碳纖維布厚度為0.1-0.3m m，碳纖維板的厚度為1.2m m和1.4m m，其密度為鋼材密度的20%，加固修補后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。

3結(jié)語

由于采用碳纖維材料進行結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比于粘鋼加固、外包鋼加固、擴截面加固等傳統(tǒng)加固技術(shù)手段來說，具有輕質(zhì)高強、耐久性強、施工便捷以及使用面廣等許多無可比擬的優(yōu)勢，近年來在工程結(jié)構(gòu)加固施工中得到了廣泛運用。隨著我國不少大城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)已由大規(guī)模的新建階段向全面維護階段更新轉(zhuǎn)變，可以預見，未來采用碳纖維材料進行結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在市政工程領(lǐng)域也將得到長足發(fā)展。

參考文獻：

[1]舒國忠；碳纖維加固技術(shù)在市政工程領(lǐng)域的應用，中國市政工程.2009-02-25

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關(guān)鍵詞：碳纖維；結(jié)構(gòu)加固；水運工程；強度；耐腐蝕

中圖分類號：U698 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）05-0068-02

1.引言

碳纖維是一種由有機母體纖維，采用高溫分解法在1000～3000度高溫的惰性氣體下去除碳以外的所有元素制成的新型非金屬材料。具有高比強、高比模、耐疲勞、抗蠕變、比耐熱鋼還耐高溫、比不銹鋼還耐腐蝕、耐磨損、尺寸穩(wěn)定、導電、導熱、熱膨脹系數(shù)小、自和吸能抗震等一系列優(yōu)異性能。另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右，是鋁的二分之一，鋼的五分之一。拉力高達300KG/MM2；目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多的優(yōu)異寶貴的電學、熱學和力學性能。碳纖維材料在建筑物和構(gòu)筑物加固中得到廣泛的應用。

以碳纖維材料為主要原料的碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)。始于20世紀80年代美、日等發(fā)達國家，我國起步較晚，但是發(fā)展較快，建筑領(lǐng)域從80年代后半期開始把它作為鋼筋、預應力混凝土鋼材的替代材料加以研究，并作為預應力混凝土橋梁的張拉材料等結(jié)構(gòu)物的加固材料等加以利用，已經(jīng)產(chǎn)生較大的實用效果和經(jīng)濟效益。

2.碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固適用范圍

碳纖維材料適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，如梁、板、柱、橋墩、橋梁、堤壩等結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物。具體說來可以利用碳纖維加固碼頭、橋敦結(jié)構(gòu)、對既有鋼筋混凝土煙囪的加固；構(gòu)件抗彎加固、梁柱構(gòu)件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓宇增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板開裂加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水壩加固等等。

3.碳纖維材料結(jié)構(gòu)加固施工過程中的技術(shù)特點

碳纖維比重小，施工便捷，加固以后不影響外觀和自重。碳纖維比重只有鋼鐵的1/4，厚度小于0.5mm，可以在基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸的狀況下，發(fā)揮強大的補強加固效果。補強功能全面，耐久ll生能好，還有優(yōu)良的抗紫外線及抗環(huán)境老化性能。

4.碳纖維材料與其他加固材料對比

抗拉強度：抗拉強度標準值fcfk≥3000MPa，碳纖維的抗拉強度約為普通二級鋼的10倍左右。

彈性模量：彈性模量Ecf≥2.1×105MPa，伸長率≥1.5%。碳纖維復合材料的拉伸彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一。

疲勞強度：碳纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲。金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30%～40%。由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內(nèi)力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70%～80%，并在破壞前有變形顯著的征兆。

重量：約為鋼材的五分之一，厚度僅為2mm左右，基本上不增加構(gòu)件。

5.碳纖維加固技術(shù)在某水運工程業(yè)務(wù)大樓加固工程實際應用

某水運工程業(yè)務(wù)大樓大樓主體17層，塔樓4層，地下1層。建筑面積15429m2，一、二層層高為4.8米，其它樓層層高均為3.6米，17層屋頂女兒墻高度為66米，塔樓屋頂女兒墻高度為80.8米。建筑結(jié)構(gòu)形式為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁一箱聯(lián)合基礎(chǔ)，梁、柱、剪力墻均為現(xiàn)澆，樓（屋）面為預應力圓孔板，樓梯為預制樓梯。該建筑始建于80年代初，當時的設(shè)計規(guī)范已經(jīng)不能滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范需要，所以本次改造時設(shè)計院對原結(jié)構(gòu)進行了加固處理。其方法有結(jié)構(gòu)梁柱包鋼、粘鋼和粘貼碳纖維以及局部立柱增大截面積等加固措施。

5.1碳纖維布粘貼樓板

該建筑物樓板是預應力空心板，由于該樓曾經(jīng)反復裝修，樓板出現(xiàn)鉆孔較多，為了提高樓板承載力，對部分樓板底面進行粘貼碳纖維布加固處理。

5.1.1卸載

進行加固前，卸去樓板上的全部荷載。

5.1.2基層處理

（1）將所需要加固的樓板底面面層除去并打磨到露出粗骨料出現(xiàn)為止，然后除去凈粉塵，并使其干燥。

（2）對底板凹坑部位需要使用環(huán)氧樹脂砂漿進行補平，使凹坑面形成平順段，以利于粘貼。

5.1.3涂刷底膠

按底膠比例將主劑和固化劑先后放入干凈容器內(nèi)，攪拌均勻，時間以10～15min為宜。

5.1.4粘貼碳纖維布

（1）采用300g/m3碳纖維布，下料按施工設(shè)計約定的寬度確定，搭接其順向搭接長度應補少于15cm。并應采取橫向碳纖維粘貼固定，其固定寬度不少于10cm。

（2）用丙酮涂刷做界面劑，施工面用滾筒涂刷膠體。

（3）將碳纖維片材貼在膠體上，用滾筒來回碾壓以充分粘貼和除去氣泡。

（4）在第一層粘貼層已經(jīng)固化干燥后再涂刷丙酮涂刷做界面劑粘貼第二層。

5.1.5表面防護

在最后一層碳纖維表面均勻涂刷一層防護面膠并粘砂保護。

5.2碳纖維布加固框架柱

該建筑物立柱軸壓比的不同等技術(shù)參數(shù)分別采用不同加固方法，除了包鋼外，對于部分軸壓比過大，抗剪承載力較小的柱子，采用粘貼碳纖維來提高柱子的延性。加固形式是環(huán)向箍帶粘貼碳纖維來補強柱子的抗延展性，具體步驟如下：

5.2.1基層處理

（1）將框架柱表面裝飾層除去并打磨到露出粗骨料出現(xiàn)為止，然后除去凈粉塵，并使其干燥。

（2）將柱角磨成2.5cm以上圓角，避免因補強后造成應力集中降低補強效果；并對凹坑部位需要使用環(huán)氧樹脂砂漿進行補平，使凹坑面形成平順段，以利于粘貼。

5.2.2涂刷底膠

按底膠比例將主劑和固化劑先后放入干凈容器內(nèi)，攪拌均勻，時間以10～15min為宜。

5.2.3粘貼碳纖維片材

（1）涂刷丙酮界面劑，再外貼300g/m2碳纖維片材，寬度和間距按設(shè)計規(guī)定，圍著立柱橫向粘貼。

（2）施工面用滾筒涂刷膠體。

（3）將碳纖維片材貼在膠體上，用滾筒來回碾壓以充分粘貼和除去氣泡。

（4）在第一層粘貼層已經(jīng)固化干燥后再涂刷丙酮涂刷做界面劑粘貼第二層。

5.2.4表面防護

在最后一層碳纖維表面均勻涂刷一層防護面膠并粘砂保護。

6.結(jié)論

篇10

關(guān)鍵字：碳纖維 加固結(jié)構(gòu)技術(shù) 鋼筋混凝土

1、工程概況

某化工廠工業(yè)用脫硫廠房共3層半框架結(jié)構(gòu)，層高約3.6m，每層面積約為300m2，已使用約20年，根據(jù)工藝要求需要將3層原有儲液槽拆除，并進行改造加設(shè)板框設(shè)備，層高加高至5m，原有的屋頂拆除，改用輕鋼結(jié)構(gòu)屋面，因樓層使用活荷載（5.0KN/m2）較大，原設(shè)計為可上人樓面（2.5KN/m2）已滿足不了新的使用要求。為確保使用安全，需對原建筑進行結(jié)構(gòu)驗算、結(jié)構(gòu)加固等工作。原樓面結(jié)構(gòu)為主次梁現(xiàn)澆板體系（混凝土強度等級C25，板受力筋為Ⅰ級鋼筋，梁受力筋為Ⅱ級鋼筋）,基礎(chǔ)為獨立砼 (混凝土強度等級C25,柱C25)。結(jié)構(gòu)驗算表明，基礎(chǔ)、柱無需加固；而一些大跨度主次梁正截面、斜截面，大跨樓板需進行加固。經(jīng)過方案論證和經(jīng)濟技術(shù)可行性比較，并征得使用單位的同意，決定采用碳纖維復合材料進行加固。

碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理

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。

碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。

加固修復混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要為二種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當，某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固、補強的目的。

2.1 碳纖維加固鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件。

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很??；在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現(xiàn)。

2.2 碳纖維加固鋼筋混凝土抗剪構(gòu)件。

鋼筋混凝土的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)，這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較??；在構(gòu)件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。

3、有關(guān)材料的技術(shù)指標

目前，國內(nèi)碳纖維材料及配套結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)廠家有多家，經(jīng)認真了解材料的相關(guān)技術(shù)指標及操作說明，本工程使用的各材料指標如表1～表2。

4、加固設(shè)計

4.1基本假定

用碳纖維材料加固后混凝土梁的極限承載力計算與普通混凝土梁有所不同，其基本假定為：（1）受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計；（2）梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定；（3）碳纖維材料采用線彈性應力-應變關(guān)系：σcf=Ecf×εcf。因本工程建成后未經(jīng)裝修使用，加固設(shè)計時忽略碳纖維二次受力的影響。

4.2設(shè)計

4.2.1受彎加固設(shè)計

根據(jù)DG／TJ 08-012-2002工程建設(shè)規(guī)范《纖維增強復合材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范 》CECS25-90的規(guī)定，采用纖維布進行受彎加固時，先確定已有彎矩Mi作用下裂縫截面處受拉鋼筋的拉應力：

σsi=Mi/(0.87*As* ho)

裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)：

Ψ=1.1-0.65*ftk/(σsi*ρte)

ρte= As/ Ate

粘貼纖維布前構(gòu)件在初始彎矩作用下混凝土受拉邊緣的拉應變

εi=Ψ(σsi/Es) (h/ho)

按公式(1)計算受壓區(qū)高度χ：

M≤ fcmbx (h-χ/2)-fyAs (h-ho)+fy’As’ (h-a’)(1)

按公式(2)計算按平截面假定確定的中和軸高度

χn=χ/0.8(2)

按公式(3)計算受拉邊碳纖維布的應變（由平截面假定混凝土受壓邊緣達到極限壓應變時）：

εf=εcu* (h-χn)/ χn-εi(3)

當εf≤εfa時，碳纖維布的強度剛剛或沒有達到設(shè)計值，所需要的碳纖維布的面積按公式(4)

Af= (fcmbx- Asfy)/( Ef*εf) ≤Af,max(4)

當εf>εfa時，碳纖維布的強度超過設(shè)計值，所需要的碳纖維布的面積應按Af,min 計算：

Af,min= (fcmbxf,b+ As’fy’ -Asfy)/ffa

xf,b=0.8εcu*h/(εcu +εfa+εi)

采用的碳纖維布的厚0.2mm,粘貼寬度300，計算需要的碳纖維布層數(shù)：n= Af/(300*0.2)

4.2.2受剪加固設(shè)計

由于本工程需受剪加固的鋼筋混凝土梁剪跨比λ≥3，可按下列公式進行斜截面受剪承載力計算：

V≤VC+ Vs+ Vf

VC、 Vs、Vf 未加固混凝土和鋼筋、纖維布分別承擔的剪力

Vf= Af *ffa(sina+cosa)* hf/ Sf

纖維布受剪Ef加固面積Af=2n* tf* wf

ffa = Ef* εfa本工程受剪加固時，纖維布采用U型粘貼，纖維布允許拉應變εfa取0.0025

4.2.3碳纖維布的具體布置

經(jīng)過計算結(jié)果相比較,在工程設(shè)計誤差許可范圍之內(nèi)，統(tǒng)一采取如下方案：

在需受彎加固梁底粘貼300mm寬碳纖維布3層；

在需受彎加固板短跨受力方向板底跨中粘貼200mm寬碳纖維布1層共三道，纖維布凈間距為200mm；

對梁、板負彎矩進行受彎加固時，采用在梁側(cè)600mm范圍內(nèi)板面粘貼200mm寬碳纖維布1層共兩道，纖維布凈間距為200mm；

在需受剪加固梁粘貼纖維布方向采用與構(gòu)件軸向垂直的U型粘貼形式，主梁端每側(cè)粘貼3個200mm寬碳纖維布U型箍2層，間距為100mm；次梁端每側(cè)粘貼2個200mm寬碳纖維布U型箍2層，間距為100mm；

在需受剪加固次梁的主次梁相交處主梁每側(cè)粘貼1個200mm寬U型箍2層。

框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼兩層100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。

經(jīng)過以上措施，可滿足設(shè)計和使用要求。

5、加固施工

5.1施工準備

粘貼碳纖維加固工藝,施工質(zhì)量至關(guān)重要,直接關(guān)系到加固效果的好壞。為確保工程質(zhì)量，工程開工前對每個施工環(huán)節(jié)、環(huán)境因素、人員素質(zhì)進行了細致周密的考慮，對施工現(xiàn)場進行了清理，鋼筋混凝土梁板加固前盡可能卸荷。

5.2施工步驟

⑴清除加固梁底及U型箍處吊筋等障礙物。

⑵用砂輪機將粘貼部位打磨平整，U型箍轉(zhuǎn)角處打磨成R≥20mm的圓弧狀。在錨固加強區(qū)每隔50mm刻痕一道，以增加粘貼效果。用吹風機清除浮塵、保持干燥并刷丙酮去脂。

⑶涂刷基底樹脂（JGN-E）使其滲透至混凝土內(nèi)部，以提高混凝土與碳纖維之間的粘結(jié)力。

⑷用整平材料補樹脂（JGN-F）修復，填補不平整部位。

⑸涂刷粘結(jié)樹脂（JGN-D），隨即開始粘貼碳纖維布，多層粘貼時重復步驟（5）。

⑹粘貼完最后一層碳纖維布后再涂刷一道粘結(jié)樹脂（JGN-D）。

5.3施工要點及注意事項

⑴混凝土與碳纖維布之間界面處理和好壞直接影響到混凝土梁的加固效果。因此梁底面及U型箍處必須反復打磨平整，去除混凝土劣化部位，凹陷、缺陷處用修補膠找平。

⑵粘貼碳纖維布時必須兩人密切配合，一人拉緊碳纖維布，一人用刮板從一側(cè)邊刮邊貼，保證不留氣泡，粘貼緊密。實踐證明，刮板粘貼碳纖維布效果很好，碳纖維布空鼓率基本為零。

⑶注意搭接區(qū)粘貼，做好標記，保證搭接長度≥150mm。

⑷碳纖維布為導電材料，應盡量遠離電器設(shè)備及電源；碳纖維布應避免彎折；原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。樹脂膠配置使用場所應保持通風良好。

經(jīng)現(xiàn)場錘測及邵氏硬度計測試，施工質(zhì)量達到優(yōu)良，取得了良好的加固效果。

5、結(jié)語