碳纤维加固在混凝土结构装修改造工程中的应用

戴锋华

摘要：粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。本文主要介绍碳纤维的施工工艺、在施工过程中的技术控制措施以及碳钎维加固的优缺点。

关键词：碳纤维布；基层处理；工艺与质量控制

中图分类号：TV383文献标识码：A

文章编号：1674-1145（2009）11-0129-02

我国自建国以来，特别是自20世纪70 年代末实行改革开放以后，各种房屋建筑以及城市设施数量急剧增加。据有关部门统计，目前我国现存的各种建（构）筑物的总面积至少在100 亿m2以上，其中绝大多数是混凝土及砌体结构。建国初期建造的大量的工业与民用建筑，服役期大都超过50年，存在各种安全隐患。对于这些建筑物，如果不及时采取加固措施，就有可能导致重大的安全事故。近年来出现的一些新加固技术，如粘贴纤维复合材料加固法，这一技术从一开始引进和出现在国内，就以它优异的性能、特点和加固效果得到了工程界的关注和青睐。下面着重介绍粘贴碳纤维材料加固法：

一、工程概况

北京市北京铁路总医院病房楼改造工程，该建筑建于20世纪50年代，地下一层、地上五层。结构体系采用砖混结构，现浇混凝土楼板，在1996年改造中做过加固处理，但只采用部分加固：增加部分抗震横墙，墙体两侧加钢筋网水泥砂浆、混凝土面层的加固方案。

（一）施工工艺和质量控制点

碳纤维加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。

1．施工顺序

卸荷——混凝土基底处理——涂底层底胶——找平胶找平——贴碳纤维片——养护。

2．施工过程中应注意的问题

（1）加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。将应拆除的轻质墙体拆除，楼板上不得堆放施工材料和施工设备等重物，并按从上往下的顺序施工。

（2）混凝土基底处理

1）混凝土表层的含水率不宜大于4％，且不应大于6％。

2）如有外露钢筋，应检查外露钢筋是否锈蚀，如有锈蚀，进行必要处理。裂缝部位应首先进行封闭处理。

3）被粘贴混凝土表面用混凝土角磨机、砂纸等机具打磨平整，除去表面浮层、油污等杂质，直至露出结构新面，尤其要注意的是：表面的凸起部位要磨平，转角处粘贴要进行倒角处理，并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于10mm，将混凝土表面用丙酮擦拭一遍，用吹风机将混凝土表面清理干净，保持混凝土表面干燥。

（3）涂底层底胶

1）把底胶的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅合均匀，一次调和量应以在可使用时间内用完为准。一般情况下1h内用完。

2）在底胶中严禁添加溶剂。含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不得使用。

3）用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。

4）指触干燥时间因气温不同，一般在3小时到1天之间变化。

5）底胶固化后，在表面上有凸起部分时，要用砂纸磨光。

（4）找平胶找平

底胶涂刷后，混凝土表面不平处用找平胶找平。模板接头等出现高度差的部位应用找平胶填补，尽量减小高度差，转角处也应用找平胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。

（5）贴碳纤维片

1）确认粘贴表面干燥。气温在5°C以下，相对湿度RH>85%时，如无有效措施时不得施工。

2）防止碳纤维受损，碳纤维片在运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。

3）碳纤维纵向接头必须搭接15cm以上，该部位应多涂粘结树脂，碳纤维横向不需要搭接。

4）粘结树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。

5）贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂，称为下涂。

6）贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气。

7）碳纤维片施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘结树脂，称为上涂。

8）进行空鼓检查，并进行处理。

9）如碳纤维片施工不符合质量标准，则需进行相应处理。

（6）养护期间的质量控制点

1）粘贴碳纤维片后，需自然养护24小时达到初期固化，应保证固化期间不受干扰。

2）在每道工序以后树脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮挡以防止风沙或雨水侵袭。

3）当树脂固化期间存在气温降低到50C以下的可能时，可采用低温固化树脂，或采取有效的升温措施。

4）碳纤维片粘贴后，要达到设计强度，需自然养护，在此期间应防止贴片受到硬性冲击。

（二）在受弯构件的加固方法中与钢板加固比较，碳纤维加固有几点优势

（1）具有良好的物理力学性能：其抗拉强度为普通钢材的10 倍以上，弹性模量相当于普通钢材的1.1～2.4 倍；而且纤维片材重量轻，比重仅为钢材的1/ 4 ；厚度小，一般片材增强层厚度在0.1mm～0.2mm之间，因此基本上不增加结构截面尺寸和自重。

（2）现场施工方便：没有湿作业和明火施工，占用场地小，也不需要大型施工机具，而钢板加固需要钻孔、下螺栓，钢板就位所需要的空间较大。因此碳纤维加固施工方便、工效高、施工质量容易得到保障。

（3）使用范围广：可用于梁、板、柱及桥梁、隧道、烟囱等多种结构的加固补强。特别是在曲面壳体和复杂节点的加固中，具有其他加固方式无法比拟的优势，与混凝土的有效接触面积可达100 %。

（4）具有良好的耐久性和耐腐蚀、抗磁性等性能特点。

（5）钢材生产成本较高，而碳纤维复合材料随着技术的国产化，成本会大大降低。

二、碳纤维加固的前景和探索

随着现有建筑的大量建设，在过一定时间后，这些建筑在结构使用方面的耐久性、功能需求改变时结构不能满足等等，此时可以通过一定的加固后继续发挥建筑物的功能，同时造价较低。混凝土结构的碳纤维加固方法将有更广阔的是市场。

粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益；在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度，那么在其他的结构中，碳纤维布能否起到加强抗拉强度的作用呢？

参考文献

[1]碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[M]．北京：中国建筑工业出版社．

[2]良桃编著，施楚贤主审．建筑结构加固工程设计与施工质量验收手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．

[3]袁海军，姜红主编，高小旺主审．建筑结构检测与加固鉴定手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．