浅析碳纤维在混凝土结构加固中的应用

金佑琴

铜陵鑫铜建设监理有限责任公司 安徽 铜陵 244000

前言

混凝土结构是建筑结构主要结构形式之一，而混凝土的结构因为存在设计失误、材料质量问题和施工错误等情况，或者因为结构的使用功能发生改变而导致荷载增大，或者结构遭受自然灾害而使混凝土的构件出现损伤，还有烂尾工程等等，都需要对混凝土结构进行加固后才能使用。加固的方法较多，有加大截面法、外包型钢法、粘钢法等等，碳纤维加固是后来发展起来的一种方式，这里主要分析碳纤维在混凝土结构加固中的应用。

1 碳纤维加固的原理

利用碳纤维具有碳材料强度高的特性，用环氧树脂沿受拉方向或垂直裂缝方向粘贴碳纤维在要加固的部位，使之与原有钢筋混凝土结构共同受力，提高结构的强度、刚度、抗裂性，来满足使用要求。

2 碳纤维加固技术应用范围

利用碳纤维加固的原理，碳纤维加固技术在混凝土结构应用尤为突出。

①主要适用于受弯构件，利用其抗拉强度高的特性来补强钢筋混凝土的拉弯强度；②对受压构件加固也有较好的效果，例如钢筋混凝土柱，主要是利用碳纤维在构件四周形成横向约束，使混凝土柱由轴向受力状态变成三向受力状态，以阻止混凝土柱的横向变形，从而提高构件抗压承载力和抗变形的能力。③对不影响结构安全的混凝土裂缝，能有效封闭裂缝，阻止裂缝的发展，达到延长结构的使用寿命。当然，当混凝土结构刚度不足，构件的变形过大，开裂严重而影响使用时，不适合碳纤维加固，因为使用碳纤维对结构刚度的提高作用很小。④在碳纤维的加固系统内，如果结构的黏结剂处在大于玻璃化的转化温度时，就会呈现软化的特征，黏结剂的性能会显著下降，则黏结剂要严格按照供应商所提供温度要求来使用。现阶段，商用的黏结剂具有玻璃化的转化温度大约处于60～82℃，混凝土结构一般使用温度比商用60℃低，因此碳纤维对混凝土结构加固长期的使用温度要在60℃之下[1]，不适合高温环境、防火要求高的结构中使用。

3 碳纤维布在混凝土结构加固的施工工艺

碳纤维加固有布和板材之分，碳纤维布因造价低更受市场青睐，这里简述碳纤维布的施工工艺。

3.1 加固施工前的准备

为了确保加固质量与效果，需要做好施工前的准备工作。要先对各个构件的受力情况实施全面分析，确保对结构的加固施工对其他的构件不会造成不利影响，后再对无关的构件实施拆卸处理；对荷载实施卸除后，再对基底进行处理。如果混凝土存在腐蚀的情况，要对表层的混凝土除去；若钢筋存在锈蚀的情况，要对锈层做好铲除；对于混凝土的表面空鼓、蜂窝等现象进行清除处理，若清除面积比较大，要通过环氧砂浆实施修复；对已出现的结构裂缝，要通过全面封闭方式处理，并用角磨机或者砂纸打磨表面；对转角的位置，要进行圆弧状的打磨，借助鼓风机对其表面实施清理，确保表面具有良好平整度、清洁度，保持表面的干燥性。需注意的是，因为碳纤维在混凝土表面粘贴，所需加固的构件混凝土强度对加固的质量至关重要，所以加固构件混凝土的强度等级要超过C15，并且其表面正拉的黏结强度要比1.5N/mm2高。

3.2 涂抹底胶和找平处理

对基底实施处理后，先配置底胶，依据3∶1的比例将主剂、固化剂混合；借助电子秤对其实施精确地计量，确保底胶的配置满足要求。借助电动式搅拌机对底胶实施均匀搅拌，通过滚筒刷对混凝土的表面进行底胶的均匀涂抹，在固化后再实施下一步的工序。环氧树脂类宜在15～28°温度条件下施工，温度较低时可采取加温措施。底胶配置后的45min之内要完成底胶涂抹工作。环境的湿度对施工质量存在影响，施工现场要保证相对湿度低于70%。另外，对底胶涂抹中，对找平作业要同时开展，一旦存在凹陷的位置要及时修平、打磨，保证后续施工的有序开展[2]。

3.3 材料的粘贴

在对碳纤维布的粘贴中，要结合技术方案，做好碳纤维材料合理裁剪、粘贴。粘贴前，要对黏结剂做好配制，黏结剂要严格按照配合比进行控制，有条件的最好先做黏结试验，达到加固设计要求后才对混凝土的表面进行涂抹，厚度要比底胶层厚至少大2mm，防止漏涂的情况，通过刮板实施刮涂的操作，使胶能够分布均匀，对边缘位置，要对涂抹量适当增加。对混凝土方柱，要自上而下进行缠绕粘贴，确保材料粘贴均匀；对正截面的构件，粘贴材料进行合理组合，按照规范要求，材料要沿纤维的方向进行粘贴，且长度要超过20cm，搭接的长度要超过10cm，对梁板结构，一般从梁底开始，从下往上粘贴。完成粘贴后，要通过滚压的工具对其表面实施处理，去除材料内部存在的气泡，使碳纤维能够和黏结剂实现充分接触。实际施工中，碳纤维的材料往往多层粘贴，则要求每层的材料需要干燥后方可进入下层材料的粘贴，上下层的接头位置要错开，至少大于20cm，对碳纤维的材料完成粘贴后，还要做好养护工作，避免构件出现损坏。

4 碳纤维加固与传统加固方式对比，具有的优势：

①不会对混凝土原结构造成破坏和损伤，加固基本不改变原结构的尺寸；②施工简便，不需要大型的施工设备，操作简单，时间短，质量容易保证；③碳纤维布本身具有的柔韧性和可缠绕性，更适合狭小、狭窄的部位施工；④环氧树脂类黏结剂具有耐腐蚀、耐久性好的特点，更适合在腐蚀严重的环境中使用；⑤碳纤维是新型材料，但其价格较低廉，且加固后不产生维修保养费用，加固成本较低，因此在经济性方面表现更好[3]。

5 结束语

综上所述，碳纤维具有显著的特点，在混凝土结构加固中得到了广泛使用，其和传统的加固方式对比具有较多的优势。为了充分发挥碳纤维在建筑结构加固中的应用效果，在实践施工应用中还需要加强对此技术要点和规范的把握，确保施工的规范性和科学性，切实达到加固的目的，来满足使用要求。