碳纤维加固梁板结构的应用研究

唐琼　张博

摘 要：碳纤维增强材料是近些年来新兴的一种性能优越的材料，主要用于加固混凝土结构，由于在力学方面有其特殊、优越的性能在应用方面越来越受重视，被誉为结构加固之星。在很多施工过程中，碳纤维在加固混凝土结构方法上不仅增大了结构厚度，另外节省了建筑空间和建筑自重，保留了原有建筑设计布局，同时也大大缩短了建设工期，文章就碳纤维在加固梁板结构中的一些应用问题进行研究，针对一些常见问题提出了解决措施和思路，供同行参考。

关键词：碳纤维；梁板；混凝土

碳纤维布加固修复混凝土结构技术是采用配套胶粘剂将碳纤维布粘贴于混凝土表面，起到结构补强和抗震加固的作用。广泛适用于建筑物梁、板、柱、墙的加固，并可用于桥梁、隧道等其它土木工程的加固补强。裂缝处置并灌浆，结合粘钢法加固处理，增强了屋架上弦的刚度，已广泛地应用于已有建筑物的加固改造工程中。具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

1 梁板承载结构常见问题

梁、板等受弯构件承载力不足在设计方面最主要的原因是受力计算情况不符合，或者计算荷载漏算、错算。严重超载也可能导致梁板承载力不足，由于施工过程中混凝土强度达不到设计要求，或因配钢筋不合适导致梁板抗弯能力不足等。另外就是地基由于其他的一些原因出现沉降产生了附加的一些应力，在处理此应力时采用一些不合适的器件，反而对梁板造成了不利的影响。如在处理应力时在梁板上增加薄腹梁，虽然可以平衡应力的作用，自重也为增加多少，但是有些薄腹梁会出现斜裂纹，导致梁板元件锈蚀，耐久性受到较大影响，严重者可能导致梁板断裂，影响梁板的承载能力。导致上述情况的原因，有些是锚固搭接长度不够或者荷载的变化影响。梁板承载加固的主要目的是补强加固提高构件的强度、稳定性、刚度、耐久性。

2 梁板结构加固

对已建的梁板结构进行处理加固和未加固的一般结构梁板在受力性方面有较大的差异，其一是加固结构相当于二次处理、二次受力，结构在原有受力基础上又要二次受力，原结构可能会出现变形弯曲，还有就是加固时并没有将原载荷卸下，相当于二次加压，新加部分应力和原结构载荷应力不同步有差异，当两种应力同时达到峰值时，破坏力也达到了极限状态，所以在对梁板加固时要面临以上主要问题，还有就是加固新、旧两部分本身工作整体不同，在计算应力和构造处理中就有较大不同，因此梁板加固不同于普通混凝土结构工程，所以在进行加固中要引入碳纤维加固技术来改善混凝土梁板的加固工作。

3 碳纤维加固流程和特点

3.1 适用范围

适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。基层混凝土的强度等级不低于C15，在国内碳纤维布加固技术已经被成功应用于各种梁板加固维修中。2014年在海门继海门大新桥尝试应用黏贴钢板加固桥梁之后，海门临江闸桥维修中首次尝试运用粘贴和包裹碳纤维布的方法加固桥梁，这在海门维修加固桥梁施工工艺实属首次，碳纤维加固可以快速加固桥梁，防止外部水分进入混凝土裂缝对钢筋造成锈蚀，保障构件的耐久性，有助于提高桥梁的承载能力，并且在加固期间不影响桥梁的正常运行。临江闸桥投资35万，公路部门对临江闸桥存在的病害进行一次全面维修，增设伸缩缝绑扎钢筋4000kg，对桥梁拱脚粘贴碳纤维布500m2，聚合物灌砂浆500m2。经过对干线公路桥梁维修，及时消灭各种安全隐患，有效提高了海门境内干线公路桥梁技术状况，有力保障了干线公路的安全畅通。

3.2 工艺流程工艺流程

混凝土表面如出现表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用环氧胶泥进行修复。混凝土表面处理平整外，表面无灰尘，油等杂物，凸出部位磨平，转角的部位大于20毫米的圆角。用吹风机、吸尘器处理混凝土表面并保持干燥。丙酮擦拭脱脂棉在混凝土表面现象的话，如有漏水、导水等，被加固结构表面处理的好坏直接影响加强质量。当底层胶固化（底胶表面指触感干燥）后，用磨平机将凸起不平处磨平，为下一道工序作好准备，然后涂刷浸渍树脂，粘贴碳纤维。现场要注意通风，做好劳动保护。

对做过品质监测通过的碳纤维进行粘贴时，要事先量好需要的尺寸，配置树脂进行浸渍，配胶使用适当，不宜过多，最后进行粘贴时尽量不要使空气介入，以免影响粘贴效果。当结构胶粘剂在粘度增高固化后，为增加效果可以再涂第二层，重复以上步进行多层粘贴骤，最后一层碳纤维布表面应该涂抹浸渍树脂，注意涂抹厚度要均匀平整。

3.3 碳纤维加固特点

碳纤维加固是利用碳纤维布和结构胶对构件进行加固处理，加固损伤形貌粘贴碳纤维片加固形式如下：（1）受拉钢筋屈服，然后混凝土受压破碎，碳纤维片材尚未达到允许拉应力变化要求；（2）钢筋应力达到屈服，碳纤维已经超过了允许的拉伸应变，未超出施工项目要求的应变值，拉伸达到极限拉应力，受压区混凝土没有被压碎；（3）对碳纤维布加固量过大，钢筋屈服，受压区混凝土粉碎；（4）在正常的部分承载力，碳纤维布与混凝土基础面出现剥离破坏。

3.4 施工安全及注意事項

（1）碳纤维片材为导电材料，使用碳纤维片材时应尽量远离电气设备及电源。（2）使用中应避免碳纤维片材的弯折。（3）碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。（4）树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。（5）现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。

4 结束语

碳纤维片材加固混凝土结构技术是现代土木工程界应用热点，因此要不断完善施工各个环节，对于施工后的验收也应引起足够重视。对于碳纤维加固施工后的验收，一般做法是对混凝土之间的粘结质量可以用小锤轻轻敲击碳纤维布表面，确定回波粘合效果。如果空鼓糊出现不完整的现象，应该用胶粘剂的方法修补。对加筋效果的混凝土结构和构件，碳纤维加固技术是非常理想的，在保证截面尺寸和重量、不增加施工技术难度等方面，材料和施工质量的耐久性都可以达到施工质量要求，整体而言其综合经济效益和社会效益实现了双丰收，具有广阔的市场前景，另外技术改进也有较大改进空间。

参考文献

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