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碳纖維布加固混凝土結構的原理與施工技術探討                       

摘要：粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（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。    關鍵詞：碳纖維布 加固   

 1、碳纖維布結構加固技術簡介    

粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（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構的耐腐蝕性及耐久性；

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

d、施工簡便（不需大型施工機構及周轉材料），易于操作，經濟性好；

e、施工工期短（本工程實例僅用一周）；因此，碳纖維結構加固技術在混凝土結構方面已產生較大的效應。    

碳纖維加固技術適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構，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    

用于建筑結構加固的碳纖維材料具有優良的力學性能，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，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑后，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，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，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構共同工作，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，危及結構安全，影響工人的生產情緒；經與設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及前提    

4.1碳纖維布加固的依據    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《混凝土結構加固技術規程》。    

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。經檢測，混凝土的實際強度為C30根據設計圖紙，及現場混凝土、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（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及兩面側邊（兩側邊高度為50-55mm），應注意：轉角處須處理成圓角（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搭設腳手架    按安全規程要求搭設好腳手架，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層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復），并養護三天。    

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，構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和均勻，用刮板將它均勻地涂在屋架底面（兩側刮150mm），待膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。注意：調好的底膠須在規定的時間內用完，一般情況下40min內用完。 

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，模板接頭等出現高度差的部位應用修補膠填補，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，隨即把按設計要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設計部位，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）。  

粘貼碳纖維結構加固技術是一種新型的加固技術，已經得到較為廣泛的應用，并已產生較大的經濟效益；在混凝土結構的加固中，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構構件的抗拉強度，那么在其它的結構中，碳纖維布能否起到加強抗拉強度的作用呢？因為碳纖維布在結構膠的作用下強度很高，其它結構在用碳纖維布加固后，會否象類似鋼筋混凝土結構構件的超筋截面破壞一樣產生負面影響呢？    目前我所正在探索應用碳纖維布加固磚砌體的技術（如磚砌體在外界環境影響下產生的裂縫修補，采用碳纖維布來提高砌體的某些力學性能），該技術是粘貼碳纖維結構加固技術領域中的新生事物，如能成功，必將也能產生較大的經濟效應