碳纤维布加固技术在工程中的应用

王若茂 （马鞍山迈世纪工程咨询有限公司，安徽 马鞍山 243000）

0 前 言

用碳纤维布取代钢板加固混凝土结构是近几年来国际上兴起的一门新技术，纤维布具有强度高、重量轻、耐腐蚀和抗疲劳等优异物理学性能,并有良好的粘合性和广泛的适用性，该技术主要是通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴于构件表面，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调、共同受力，起到对原混凝土结构加固补强的作用。

1 工程案例

1.1 项目概况

该原料车间为3层框架结构，层高分别为6.95m、6.5m、7.05m,建筑高度约22.5m，各层设有夹层，分别作为工业洗衣、厕所及仓库使用；结构安全等级为二级，建筑耐火等级二级，4级抗震,其建筑面积约为14500m2；主体结构混凝土等级均为C35、填充墙为MU15混凝土多孔砖、M10混合砂浆；楼地面主要面砖、金刚砂等；内外墙主要为涂料。

由于事前考虑不周全、沟通不够，在进入安装阶段才予以明确了所需要两大型工业设备型号、数量、重量等参数及平面布置情况；此时主体结构已封顶，原设计对该夹层工业设备房间楼面荷载未计入；事后经复核该房间原楼面部分梁配筋不能满足计算及使用要求，需要补强加固。根据工程进展实际，经设计、施工、监理及业主等分析、论证、评估后，决定对该设备房间楼面3根混凝土梁采用碳纤维布加固技术处理。

1.2 加固依据

①该原料合成车间原“结构、建筑”设计蓝图；

②《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；

③《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；

④《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)；

⑤《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)；

⑥《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146：20 03）；

⑦《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。

1.3 主要材料

经比选，本加固工程所用碳纤维布及其碳纤维结构胶水，均采用“悍马牌”系列产品。

①碳纤维产品按有关规定选用300g碳纤维布，有关技术指标必须符合规定，并提供产品质保书，材料使用前经抽样检验合格后才能使用；其基本性能要求：抗拉强度≥3400MPa，弹性模量≥2.4×105MPa，极限延伸率≥1.7%。

②碳纤维粘贴胶料应符合基本性能要求，要提供产品质保书，并抽样检验合格后才能使用；其压缩强度≥70MPa、拉伸强度≥40MPa、弯曲强度≥50MPa(且不得呈脆性破坏）、拉伸剪切强度(金属/金属)≥14MPa。

1.4 人员安排

该工程为小型加固工程，根据工程实际，现场成立专业加固小组，岗位分工如表1所示。

表1

1.5 主要工序流程

按施工图规划被加固区→混凝土表面处理→配制底层胶并涂刷→配制浸渍胶并涂刷→粘结碳纤维布→配制面层胶并涂装→养护固化→自检与检修→表面防护与整修。

1.6 工序描述

①表面处理：清除粘贴部位混凝土表面浮浆、油污、杂质，使露出结构本体后、吹净，并用丙酮或二甲苯擦净；对表面蜂窝、凹凸不平处用修补胶进行修补、嵌平。

②涂刷底胶：按比例充分搅拌配制后的底胶，均匀涂在碳布粘贴混凝土表面处。

③修补找平：经上述工序后，混凝土表面若有凹凸，用修补胶涂抹找平。

④胶料配制：按称量比例配制粘结胶，配制前对甲、乙两组分别搅拌，混入后再充分搅拌；胶料配制必须专人负责配制，严格按称量配比配制，并充分搅拌，无沉淀、色差，经检验后方可使用。

表2

⑤粘贴碳纤维：按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将配制后的粘结胶均匀涂抹在粘贴部位的混凝土面上，再将裁剪好的碳纤维布敷设在涂好粘结胶的基层上，并用滚筒沿碳纤维纤维方向多次滚压，使粘结胶充分浸透纤维中。

⑥检验：粘贴碳纤维完工经固化后，检验粘贴部位密实度，对局部不密实处进行修补，并做好检验记录，做到检验一次合格。

1.7 注意事项

①表面处理：按施工图要求确认碳纤维加固部位，如粘贴部位混凝土表层含水率＞4%、环境温度＜5℃，应采取措施达到要求后方能施工；对加固部位混凝土构件表面进行处理，处理后仔细观察，混凝土构件有裂缝的必须进行裂缝修补；对混凝土表面的蜂窝、凹凸不平必须用结构胶修补平整，对酥松的混凝土必须凿除后修补平整；混凝土表面处理后应露出结构本体，无粉尘、杂物、水渍、油渍并且平整；粘贴的碳纤维宽度、厚度、材质必须按设计要求进行配置。

②涂刷底胶：底胶涂刷应均匀，当指触干燥后方可进入下一工序。

③修补找平：经上述工序后粘贴面平整度应达到5mm/m，有段差、转角部位、凹凸部位应找平，抹成平滑曲面。

④胶料配制：胶料应严格按比例充分搅拌后配制，配制搅拌后的胶料应无沉淀、色差、气泡，并应防止灰尘杂质混入胶料。

⑤粘贴碳纤维：把经处理后的混凝土表面用丙酮擦拭干净，按设计要求裁剪碳纤维,不得损坏织物面,涂抹粘结胶应均匀,敷贴碳纤维应平整无气泡；多层粘贴时，可重复上述步骤，但应在表面指触干燥后立即进行下一层粘贴，如超过60min，则应等12h后再行粘贴下一层。

⑥表面防护：在粘贴的最后一层碳纤维上应涂抹粘结胶一道，进行防护，涂抹应均匀充分，不应漏涂；如碳纤维表面粉刷，表面需拉砂。

⑦检验：粘贴完工12h左右经固化，应进行密实度检验，可用小锤敲击表面，通过不同声音判别密实情况，密实度应达到有关规定，否则应予修补后再检。

1.8 质量检验及验收标准（见表2）

1.9 安全管理

①严格执行安全生产操作规程，坚持文明施工，上岗前做好安全技术交底；

②操作人员严格遵守岗位责任制，熟悉本工种的安全技术操作规程；

③登高作业措施到位、相互配合，夜间施工照明充足，严禁私接乱拉；

④材料、构件进场后规范放置，限量领用，落实成品保护；

⑤安全员持证上岗，经常巡视现场，跟班作业；

⑥完工后对材料、构件清理，对建筑垃圾清运，做到工完料清。

2 质量检测及结果

加固施工完成后，根据《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146：2003）（2007版），使用SHJ-40多功能强度检测仪对加固梁按要求随即抽取了3处进行正拉粘结强度检测，其强度分别为1.582MPa、1.560 MPa、1.605 MPa，平均粘结强度为1.582MPa，且破坏形式为正常破坏，满足设计及现行规范要求，为此该碳纤维布加固施工质量判定为合格。

3 结 语

①碳纤维布加固法是一种新型的结构加固技术，其加固特点为：

a.强度高 主要由于碳纤维强度普遍较钢材高，一些特制强化碳纤维强度可达钢材的数倍之上；

b.重量轻 比重仅是钢板的20%左右，因此加固后基本不增加原结构自重；

c.施工简便 碳纤维重量轻，一般只需手工操作，不受施工空间的限制，施工速度快；

d.不受形状限制 不论方形、六角形及各类不规则形状，加固后均可保持物体原状，且不影响表面装饰。

②粘结剂应有足够的刚度和强度，以及足够的韧性，其性能的优劣直接关系到：碳纤维布能否发挥其优越的力学性能、碳纤维布与混凝土之间能否协调变形、是否会出现滑移等协同工作性能。

③碳纤维布用于结构加固时，必须重视施工质量，其直接影响到碳纤维布的破坏形态，因此施工时：要保证碳纤维布的表面干净；加固梁的表面一定要打磨平整，除去油渍和浮浆；胶要涂刷均匀；粘贴碳纤维布时要拉紧；碳纤维布要与梁粘贴密实。

④采用碳纤维布加固不能阻止混凝土的开裂，但可使裂缝宽度得到一定的控制，使裂缝的宽度和间距明显变小，裂缝变细、变密、变短，一般裂缝宽度可控制在0.2mm以内，从而提高混凝土的耐腐蚀性。