碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討

    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(dá)到對建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

    碳纖維增強(qiáng)聚合物（carbon fibre reinforced poly-mer簡稱cfrp，也稱為碳纖維增強(qiáng)塑料）是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強(qiáng)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(diǎn)：a、強(qiáng)度高（強(qiáng)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200g/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(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟(jì)性好；e、施工工期短（本工程實(shí)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(bǔ)，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(qiáng)度等級不低于c15即可；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。

    用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)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(dá)到其抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(dá)到加固的目的。

    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(yán)重腐蝕，導(dǎo)致保護(hù)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(jìn)行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，能防止腐蝕性氣體的侵蝕，延長梁的使用壽命。

    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(shí)際檢測強(qiáng)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(jìn)行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實(shí)際強(qiáng)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(qiáng)度等級，為此，將610mm寬的t700s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(dāng)于增加原受拉鋼筋面積的46%，彌補(bǔ)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(qiáng)，而且，總體配筋率ρ_min≤ρ≤ρ_max ，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）。

    5.1施工準(zhǔn)備

    5.1.1施工材料的準(zhǔn)備

    遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院生產(chǎn)的jgn-c膠（底膠）及jgn-p膠（粘著膠），t700s型碳纖維布。

    5.1.2輔助材料的準(zhǔn)備

    專用滾筒，刮板，角向磨光機(jī)，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(bǔ)粉鑿除的混凝土梁   用sj-601防腐砂漿補(bǔ)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(jìn)行修復(fù)），并養(yǎng)護(hù)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(jī)、砂紙等機(jī)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]，用丙酮將需粘貼處清洗干凈。

    ⑷涂底膠   將jgn-p膠甲乙組分按需按3：1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(zhǔn)）再進(jìn)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(bǔ)膠（jgn-c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(bǔ)膠填補(bǔ)，盡量減少高度差。

    ⑹粘貼碳纖維布   將jgn-c膠甲乙組分按3：1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(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。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jgn-c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(hù)層（防火涂料或水泥砂漿）。

抗拉強(qiáng)度（mpa）	彈性模量（mpa）	延伸率 （%）	密度 （g/cm3）	耐腐蝕性	浸透性	均勻度
5000	2.35×105	2.1	1.8	優(yōu)	良好	良好

單位面積重量(g/m2)	徑向纖維	緯向纖維	徑向密度 根/cm	緯向密度 根/cm
220	碳纖維	尼龍線	2.65	1.6
徑向重量比例 %	緯向重量比例 %	碳布寬度 (mm)	積層厚度 (mm)	積層厚度為加入樹脂后其纖維體積含量為50%時的厚度
99	1	610	0.2

結(jié)構(gòu)膠名稱		jgn-c	jgn-p
作用		粘貼碳纖維專用膠	與jgn-c配套使用的底膠
外觀	甲組分	白色蠟狀膏體	無色透明液體
	乙組分	棕色液體	棕紅色液體
粘接拉伸強(qiáng)度（mpa）		＞30.0	粘接強(qiáng)度(混凝土-混凝土)	混凝土破壞
拉伸剪切強(qiáng)度（mpa）		＞20.0
壓縮強(qiáng)度（mpa）		＞50.0
彎曲強(qiáng)度（mpa）		＞30.0
混合黏度（20℃時）		＜5000cp(不流掛)
涂布量		0.6～1.0kg/m2	0.25～0.3kg/m2
適用期（20℃時）		＞90min	可使用時間	20～40min
硬化時間（20℃時）		＜3.0h	指干時間（20℃時）	2h
		甲:乙=3:1	甲:乙=3:1
使用溫度		10～35℃