碳纤维在混凝土水池工程中的应用

刘克厅

【摘 要】碳纤维，是一种高强度新型纤维材料，含碳量高，外柔内刚，单位质量比重与钢材相比较轻4倍，但强度却高于钢铁很多倍，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料，目前我国沿海最大的风力发电机叶片就是采用这种材料施工而成。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又具备纺织纤维的柔软，是新一代增强纤维，在民用建筑方面也得到了广泛的推广。

【关键词】碳纤维；混凝土水池；加固；

Abstract： carbon fiber， Is a kind of new fiber material， high strength，High carbon content， Velvet glove. Unit 4 times compared with steel light quality，but Strength is many times higher than that of steel ，And has the characteristics of corrosion resistance， high modulus， In the aspect of national defense and civil Is important material ，At present， China's largest coastal wind turbine blade using this material 。It not only has natural intrinsic characteristics of carbon materials，And has the textile fiber soft， Is a new generation of reinforcing fiber ，In the aspect of civil construction also has been widely promoted

Key word：Carbon fiber； Industrial buildings， strengthening；

在很多大型混凝土池构筑物中，经常性会出现池壁、池底开裂现象，池中液体就会通过裂缝泄露，造成池内液面减少，当地土质、水质受到环境污染和威胁。出现这种现象的原因分析大致可以分为以下几种：1、池底和池壁产生内部物理应力，主要是由于面积太大，浇筑没有分块浇筑，在水泥固化收缩条件下或产生热胀冷缩的物理效应出现的裂缝；2、池底、池壁在外作用力下产生的裂缝；出现这种原因主要是由于池内液体对池壁产生的推力大于池壁设计的抗剪能力；3、大面积底板设计分块受力，但在分块浇筑施工时结合部位的导力杆没有完全与底板隔离，产生较大的约束力产生裂缝或局部破坏。4、池底土质不良不均匀沉降造成的沉降裂缝。

目前出现裂缝修补加固的方法大多是浇筑混凝土增强带、沥青灌缝、密封胶封补、涂刷抗渗水泥结晶、聚氨酯防水涂料、高压注浆或注环氧树脂胶，填充膨胀性材料等，以上几种方法虽能有效的防治池内液体渗漏，但是对于结构裂缝或因设计承载力不足造成了裂缝往往是治标不治本，不能起到约束裂缝的发展和止水防漏作用，即便采用高压灌注强度比较高的填充料也只仅仅是对局部混凝土的加强，只能单纯的针对土质地基局部下沉起到效果。在选择涂刷防水材料时，由于混凝土池内液体可能会对修补材料产生一定腐蚀，因而在防水材料的选择方面也存在一定的局限性。

碳纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题，除此之外还具有耐油性，几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能。由于碳纤维具有较好的耐腐蚀性，又不会对池中液体产生污染，所以在对于水池裂缝和加固采用碳纤维是一个绝对正确的选择，

FRP在工业混凝土池的运用主要有三个方面，一对于设计少筋或施工漏放钢筋，混凝土浇筑质量缺陷致使池壁水平抗剪能力达不到使用要求进行加固；第二种是对裂缝进行止水防漏，第三种是在大型混凝土底板分隔缝处取代导力杆（传力杆）的技术创新。FRP加固的原理就是包裹混凝土受力构件产生有效的约束应力，极大的改善了混凝土的变形能力同时限制裂缝的扩大与延伸。碳纤维加固或止水施工做法相同，下面我就具体操作工艺简述如下：

加固方案的选择与设计——裂缝处切割打磨——基层清理——配制并涂刷底胶——配制找平胶批刮找平——配制浸渍胶——贴碳纤维布——外批刮装饰结合层——固化养护——质量检验

1.1加固方案的选择与设计

碳纤维加固方案要考虑池壁的受力形式确定，目前加固方式有“井”字加固法，平行加固法，满粘法、以上应经过具有设计资质的单位对受力验算之后进行选择。

1.2施工准备工作：

准备好切割机，角磨机、铲刀、扫把、空压机、涂料滚筒等工具，碳纤维、粘接所用胶水A、B组分应分开存放，避免混雜，所用材料运输途中不得雨淋、暴晒、倒置，使用前应检查胶水有无超出储藏期限。碳纤维布要密封保存，不得进行污染和弯折，运输途中要采取必要的保护措施避免发生磕碰。

1.3基层裂缝的处理：

首先将不规则的裂缝或细小的裂缝进去切割，对于混凝土剥落、蜂窝、空鼓的混凝土进行剔凿，对于较大劣质混凝土剔凿后采用环氧砂浆进行修复，混凝土表面凸起部位及污垢采用角磨机进行打磨清理，粘贴处阴阳角要修复成R=60mm圆弧状，然后对剔凿、打磨之处清理表面建筑垃圾，并用空压机对不易清理的垃圾和细小粉尘进行清理。

1.4基层修补的施工：

对混凝土表面进行修补主要是对凹陷之处采用环氧砂浆进行找平，修补砂浆的配置方法按说明书操作即可，水灰比要控制精确，混凝土表面凹凸较小的面层应环氧腻子分层找补修整，以使碳纤维更有效的与基层进行粘接，不产生矢量为准。

等砂浆干燥后进行基层胶水涂刷，胶水的配置要在施工环境通风干燥状态下进行，施工环境温度不低于5℃。为保证甲、乙两组份混合均匀，应采用机械搅拌，使用前必须根据环境、温度和工艺条件进行胶的试验调制，以确定最佳配比。胶水配置完后及时采用滚筒、毛刷对基层进行涂刷，涂刷粘贴面要洁净，涂刷胶水厚度要均匀，不得出现露底、流坠现象。底胶涂刷完后须等胶液初凝后才能进行下一道工序

1.5碳纤维粘接的施工：

首先根据构件的长度、粘接的部位进行放样，确定碳纤维片长度，然后对碳纤维布展开量测进行裁剪，裁剪时避免碳纤维片弯折损坏。将事先配置好的浸渍胶采用滚筒进行滚涂，涂刷厚度均匀，不得露底、不流溢为宜。将已裁剪好的碳纤维片一端进行固定粘接，向另一端逐步延伸粘接压实，使中间胶水溢出排除气泡、采用滚筒来回滚压3-5遍，使碳纤维布完全浸透，完工后粘接的碳纤维片应顺直，不得存在倾斜、起皱现象。如设计成多层粘贴，应按上述步骤重复进行。

1.6碳纤维的养护

粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，保证固化期间不受外界干扰和碰撞。当施工环境温度在20℃时3天即可达到设计强度。达到强度后表面涂刷面层结合胶后再进行其他装饰材料的施工。

1.7施工操作注意事项：

1、碳纤维是一种导电材料，施工时应注意防止触电；

2、碳纤维在运输、储存、施工过程中，避免弯折和碰撞；

3、应在干燥、通风环境下进行施工；

4、环氧树脂胶水不慎溅入眼睛应及时就医；

以上是对混凝土水池裂缝采用碳纤维加固的工艺进行简单的阐述。在建筑工程其他加固中，碳纤维一种新型材料的出现也是一个亮点，无论是在旨度、刚度、重度、疲劳特性等在有严格要求的领域都能展示它独特的风采。现在已广泛用于民用建筑加固工程中。此外在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000度以上的高温，具有突出的耐热性能，也开始在锅炉、高大烟囱加固工程中得到较好的应用。