刍议碳纤维在建筑结构加固工程中的应用

狄洪东

临沂通宇建筑装饰有限公司 山东临沂 276000

1 工程概况

该多层建筑为地下三层、地面八层的钢筋混凝土框架结构房屋，采用钢屋面，房屋平面呈不规则状，于2013 年建成。基础底板采用C30 混凝土，柱采用C50 混凝土，其余梁、板采用C35 混凝土；钢筋采用Ⅱ级螺纹钢以及Ⅰ级光圆钢筋；钢材采用Q345 钢。2018 年，拟将该房屋五楼中庭的建筑功能由原来的休息平台改为大会议室，同时将在该中庭上方六层标高处增设钢网架吊顶[1]。

2 加固设计

2.1 碳纤维布用量计算

根据PKPM 的计算结果，五层结构平面的梁5B11，5B39 抗弯承载力不满足要求。使用碳纤维复合材料对其进行加固设计时，采用如下假定：

（1）碳纤维材料仅承受拉应力，其应力一应变关系为直线式，其拉应力取值等于弹性模量与拉应变的乘积。

（2）考虑受弯构件二次受力影响。

（3）承载能力极限状态前，不出现碳纤维复合材料与混凝土之间的粘结剥离破坏。

因此，在梁底受拉边缘粘贴碳纤维复合材料进行加固时，其正截面承载力可按下列公式确定：

其中，M——梁加固后的弯矩设计值；

经计算，若采用抗拉强度标准值大于3500MPa，且弹性模量大于230000MPa，单层厚度为0.167mm 的碳纤维布，需在梁5B39 下侧布置两层，梁5B11 下侧布置三层。

2.2 加固处理

采用碳纤维布对梁进行加固时，正确的使用粘结剂，是能否保证碳纤维布与被加固构件表面很好的粘结并共同工作的关键因素。碳纤维材料具有优良的力学性能，但是碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝较难共同工作，在承受荷载后，各碳纤维丝由于受力不均，逐渐断裂，直至碳纤维布的整体破坏。因此，碳纤维布一定要用粘贴结构胶浸润透，尽可能让结构胶充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中，提高各单丝之间共同工作的性能。

加固前，应对粘贴碳纤维布的梁表面进行处理，将出现脱落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位剔除，便于粘结剂与钢筋混凝土梁牢固地结合。对于较大面积的劣质层，在凿除后应用环氧砂浆进行修复。以确保粘贴后的碳纤维布和梁构件能够较好的共同工作。

此外，需加固的梁5B39 高度为1600mm，与之相交的梁5B40 的高度为2050mm，为了保证加固后的梁-梁节点处的碳纤维布能具有良好的工作性能，需在节点处浇灌填充材料，并在节点两侧加设一道U 型箍，以确保碳纤维布受拉时与混凝土之间不发生剥离破坏。具体施工方法如下（图2）：

图2 梁5B39 加固图

梁5B40 加固图

（1）将梁底表面打磨平整（平整度达到5mm/m），若有凹陷处，应使用修补胶找平。表面去粉尘后用丙酮擦净涂底胶一层。转角粘贴处要进行倒角并打磨成圆弧状，用找平材料修复光滑。倒角半径不小于25mm。

（2）在梁5B39 与5B40 相交处浇灌无收缩水泥填充材料AC100。

（3）按设计要求尺寸裁剪碳纤维布。

（4）将配置好的粘结剂均匀涂抹于需要粘贴部位的混凝土面上。将裁剪好的碳纤维布敷在涂好粘结剂的基层上，用特制的滚筒沿纤维方向反复滚压，出去气泡，使粘结剂充分浸透碳纤维布，使其平整，无气泡[2]。若粘贴有效面积小于95%，应判定粘结无效，需重新施工。

（5）在碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。粘贴后，采用B型界面处理剂配合砂浆抹面对碳纤维进行表面防护处理。

（6）粘贴碳纤维布必须确保其施工质量。

3 结语

（1）粘贴碳纤维加固钢筋混凝土结构，不需模板和支撑，施工方便，施工周期短，具有较高的经济效益。粘贴碳纤维加固修补后，能有效提高钢筋混凝土结构的有效承载力，但不增加原结构自重和截面尺寸。

（2）使用碳纤维材料加固前，需准确计算碳纤维布的用量，且按国家相关规范的要求布置碳纤维并设置锚固措施。

（3）加固碳纤维材料与被加固的钢筋混凝土梁之间是否能良好的共同工作，是决定加固效果的重要因素。因此，需正确地使用粘结剂，并在加固前对梁底进行找平。由于相交的主梁的梁高大于被加固梁的梁高，因此在节点处需要浇灌填充，并在节点两侧加设U 型箍，以确保碳纤维布受拉时与混凝土之间不发生剥离破坏。施工时，需保证碳纤维与钢筋混凝土梁有效粘结，确保施工质量。