刍议碳纤维在建筑结构加固工程中的应用

邓延颖

摘    要：在旧城改造等工作得以大范围开展的背景下，建筑结构加固工程得到了广泛施工。面对各种类型的建筑，加固改造难度较大，还要引入新型结构加固技术来保证加固效果。而碳纤维由含碳量超90%的无机高分子纤维构成，具有强度高、质量轻等特点，能够用于代替钢筋进行补强加固。因此，有必要加强碳纤维在建筑结构加固工程中的应用研究，从而推动工程加固技术的发展。

关键词：碳纤维;建筑结构;加固工程

1  引言

随着国内建筑工程的逐渐增多，在实际作业期间，施工单位应选择质量良好的建材，保障工程质量;与此同时，建筑结构的加固技术，成为增强工程质量的有效方式之一，有助于提升建筑工程的整体性能。工程设计单位人员在开展房屋建设设计期间，实现了绿色环保思想的融入，以此提升人们的居住体验，保障建筑具有较好的稳定性与安全性。

2  碳纤维材料加固技术概述

2.1  碳纤维加固技术含义

碳纤维加固技术，在实际应用期间，主要应用的板材，其材质为碳纤维布、碳纤维。碳纤维、浸渍胶两者配套使用，形成以碳纤维为材质的复合材料，此类复合材料具有较强的稳定性能，是以碳纤维布片作为材料主体。此种材料应用范围：建筑物工程中增加荷载方面的设计;增强工程性能;当材料发生老化，混凝土强度未达到设计值标准时，造成结构裂缝问题，此材料用于裂缝加固;构件修缮方式，提升构件应用性能;防护类加固工程。为此，選择碳纤维加固技术，将其固定在建筑物结构需要加固的位置，在一定程度上有助于增强建筑整体的承载性能。此种加固方法较为突出的应用优势为：材料轻便、牢固、不易腐蚀、经济性佳。为此，碳纤维加固技术获得了广泛应用。

2.2  碳纤维加固的原理

碳纤维加固技术主要运用两种碳纤维材料，一种是碳纤维布，另一种是碳纤维板。这两种材料的离析性能十分优良，尤其是碳纤维布中的碳纤维丝，其配合特殊的树脂材料能够显著发挥加固功效。同时，碳纤维材料具备十分优良的抗拉强度，大概是普通钢材的10倍左右，经过环氧树脂浸泡后，能够生成一种新型的复合材料，也就是单向连续性的纤维，进一步提升了碳纤维材料的抗拉强度。经过浸泡处理后，再综合运用环氧树脂粘结剂，将其沿着受拉方向粘贴在需要被加固的构件表面，使之和被加固构件共同受力，以此来加固建筑。

3  碳纤维材料加固技术的优势

3.1  具备优良的使用性能

碳纤维材料自身具备十分稳定的化学性质，和酸、碱、盐等各种化学物质接触，不会发生化学反应。因此，在钢筋混凝土结构中运用该材料时，能够避免化学反应而带来的腐蚀现象，亦可以降低除锈工作的成本费用。

3.2  施工简便

施工质量易于控制，其施工工艺简单方便，容易操作，施工质量易于控制，可以达到很高的质量标准。

3.3  强度较高

一般来说，碳纤维强度为2400MPa～3400MPa。该抗拉强度基本为普通钢材的10倍以上，然而其弹性模量却接近于钢材。因此，将碳纤维材料运用在建筑加固工程中，受到高强度和高弹性模量的作用，能够显著提升建筑结构的承载能力，极大改善建筑结构的受力性能。

4  碳纤维在建筑结构加固工程中的应用分析

4.1  选择合理的加固设计方案

要保证建筑加固工程质量，需要选择合适的设计方案。设计部门需掌握建筑建造年代、建造规范、结构特点和抗震性能等，对齐结构进行准确鉴定，同时科学验算抗震承载力，在对各方面综合考虑下选择合适的加固方案。碳纤维加固技术通过高强碳纤维积物在同一方向排列，采用专用粘结胶将其与混凝土结构表面紧贴，可以有效对建筑加固补强，增强构件耐弯曲、耐剪切等性能，而不需要加大结构物荷重，也不需改变结构物外形尺寸。

4.2  施工准备

实际在应用碳纤维进行结构加固构成中，需要对各构件受力情况展开分析，确定结构加固施工不会对其他构件产生影响，然后对无关构件进行拆卸。在完成荷载卸除后，可以进行基底处理，保证结构加固质量。发现混凝土出现腐蚀问题，需要将表层混凝土去掉，确认钢筋是否发生锈蚀问题。如果发生锈蚀，需要将锈层铲除。针对混凝土表面，需要通过预处理将空鼓、蜂窝等缺陷清除。如果需要清除的面积较大，应利用环氧砂浆修复。如果结构避免出现裂缝，还要实施全面封闭处理，利用角磨机或砂纸对表面进行打磨，将油渍和杂物清除，保证表面平整、洁净。针对转角位置，需要打磨成圆弧状，利用鼓风机进行表面清理，使表面保持干燥。

4.3  处理粘贴基底

首先，对建筑构件表面的情况进行简单的评估，检查是否存在残缺部位，是否出现锈蚀情况。若存在残缺部位，需要进行简单的处理和修复，且处理的深度需要达到构件的实际位置。对于存在的锈蚀情况，需要将锈蚀问题予以处置。其次，针对建筑结构中出现的裂缝现象，利用树脂材料进行修补。若裂缝较小，则采取涂刷密封即可，若裂缝较大，则需要进行灌注处理。再次，将需要粘贴碳纤维材料的范围进行测量标记，并处理干净需要粘贴的表面。最后，清理干净需要粘贴碳纤维材料构件表面的灰尘，可以借助高压水或者高压空气，清理干净后需要将其晾干才能进行粘贴操作。

4.4  涂刷底胶

根据工作量对所需底胶数量进行计算，进行精准配比后搅拌均匀，再投入使用，切勿一次配比太多导致浪费，搅拌均匀的底胶如第一时间没使用完第二次再次使用时其性能将大打折扣;使用刷子在底层进行涂胶，切记要均匀，涂完后待自然风干即可。冬季涂刷时切记不能涂得太厚，不然会影响其粘结性能;待底胶自然风干后，用砂纸将表面进行平整处理，刮去多余的部分;用手指感触底胶状态，完后干透后进行下一步操作。

4.5  粘贴碳纤维材料

在运用碳纤维片时，需要对其质量进行严格把关，严格把关制作和运输等过程，同时在裁剪时，还需要严格防范折弯现象。在粘贴相邻位置的碳纤维片的时候，受力方向需要重叠至少20cm，如果需要进行多层粘贴，也就是超过3层重叠需要超过30cm。垂直方向上保持在10cm左右即可。如果存在多条碳纤维板，且需要平行粘贴，在板间缝隙需要保持在5mm以上。此外，碳纤维片粘贴时，在粘贴完碳纤维片和树脂后，要利用橡皮滚筒来滚压碳纤维，并沿着纤维方向，尽可能的排尽二者间的空气，确保粘贴质量达标。

4.6  养护

首先，将碳纤维布粘贴牢固之后，应在自然条件下持续养护24h，使其初始固化，同时在固化的过程中应避免受到干扰。其次，在各道施工工序完成后，且树脂完全固化以前，应使用塑料膜对其进行覆盖，以此避免受到雨水和风沙等的侵蚀。最后，养护是使碳纤维布达到设计要求的强度的关键环节，为保证强度，需要有足够的养护时间，但具体的养护时间会因为气温的不同而不同，当气温较低时，应延长养护的时间，相反，当气温较高时，可缩短养护时间。

5  结束语

综上所述，在建筑结构加固工程中，应用碳纤维材料能够使构件抗弯性能、承力性能等各种性能得到提升，保证建筑结构的稳固性。而在实际应用的过程中，还应结合建筑结构加固需求提出合理技术方案，并加强各道工序施工管理，使工程质量得到保证。

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