碳纖維在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用
2012-02-28 來(lái)源：作者：何璐 來(lái)源：中國(guó)鳴網(wǎng)
1、工程概況
羚山發(fā)電廠位于廣東省肇慶市羚山腳下，主車間始建于1971年，上部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。2006年，為把屋面設(shè)備鋼筋混凝土梁架的承載力由1000kg/m提高到1800kg/m，采用美國(guó)赫氏公司生產(chǎn)的Fabrucs117（300g/m2）型0.167mm厚碳纖維布，對(duì)該屋面筋混凝土梁架進(jìn)行了加固，效果很好。
2、材料及其性能
碳纖維是世界上施工程序最簡(jiǎn)易的補(bǔ)強(qiáng)材料之一。用同一方向排列的碳纖維織物，在常溫下用環(huán)氧浸漬樹脂膠粘貼于混凝土結(jié)構(gòu)表面，使二者作為一個(gè)新的整體，共同受力，利用碳纖維的抗拉能力，加大對(duì)混凝土的約束力混凝土構(gòu)件加固后，可有效地增大結(jié)構(gòu)抗拉及及抗剪能力，提高其強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展，從而達(dá)到對(duì)混凝土構(gòu)件加固的目的。與傳統(tǒng)的粘鋼加固不同，碳纖維加固在不增加結(jié)構(gòu)物的荷重的前題下達(dá)到高效加固的目的。
碳纖維復(fù)合材料包括碳纖維布和粘接材料：
2.1、碳纖維布具有如下特點(diǎn)：
?。?）、力學(xué)性能優(yōu)異：主要技術(shù)指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度：3550MPa/mm2，彈性模量≥2.35×105Mpa，伸長(zhǎng)率≥1.4%。
?。?）、化學(xué)穩(wěn)定性良好：具有極強(qiáng)的抗酸、堿、鹽、紫外線和防水能力。
（3）、材料重量輕：可以不增加結(jié)構(gòu)體積和不改變結(jié)構(gòu)外型。增加的結(jié)構(gòu)重量可以忽略，便于用所需要的色彩涂裝，而不留補(bǔ)強(qiáng)痕跡。
?。?）、施工簡(jiǎn)單：可用手動(dòng)和小型電動(dòng)工具操作，可在有震動(dòng)的情況下施工而不影響補(bǔ)強(qiáng)效果，工期短，進(jìn)度快。
?。?）、隨形性好：不受形狀限制，加固后均可保持物體原狀，不影響表面裝飾。
2.2、粘接材料具有如下特點(diǎn)：
粘接材料主要包括三類：底膠、整平材料和浸漬樹脂，其性性如下：
?。?）、底膠：浸入混凝土表面，強(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)度從而使混凝土與碳纖維布之間的粘接性得到提高；
?。?）、整平材料：碳纖維布很有可能因混凝土表面的銳利突起物、錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角等部位產(chǎn)生損傷或空鼓，從而引起強(qiáng)度降低。整平材料可補(bǔ)平由于混凝土表面劣化或表面處理造成的空洞或斜面，另一方面用于將矩形90o轉(zhuǎn)角打磨后補(bǔ)成圓弧狀。
?。?）、浸漬樹脂：將連續(xù)粘貼的碳纖維布結(jié)合在一起，使之呈板狀硬化，使纖維之間相互結(jié)合、均勻抵抗外力，發(fā)揮纖維整體強(qiáng)度。同時(shí)、將碳纖維布與混凝土粘接在一起，形成一個(gè)復(fù)合性整體，共同抵抗外力。
3、碳纖維加固方案
3.1、主梁抗彎加固
主梁跨中梁底下彎矩壓分別采用25×800（cm）的碳纖維片，每層兩端各設(shè)一道10cm寬大的U型箍，用以固定碳纖維片。
3.2、主梁抗剪補(bǔ)強(qiáng)
在靠近支點(diǎn)橫隔板處開(kāi)始加固，加纖維片寬為20cm的U型外包箍，一條主梁設(shè)12道，每條主梁端部腹板用寬20cm的U型橫向外包箍。
4、碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)施工工序
構(gòu)件表面處理→基底處理→涂底層涂料→刮膩?zhàn)诱?rarr;涂浸漬樹脂→粘貼碳纖維片→涂下一層浸漬樹脂→養(yǎng)護(hù)→防護(hù)涂裝。
5、碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)施工
5.1、混凝土基面處理
混凝土基面必須打磨平整，不可存有尖銳棱角，徹底鑿除松散的混凝土及其夾雜物。陽(yáng)角處打磨成R≧30mm的圓角；打磨的陽(yáng)角外緣線必須平行或垂直于梁肋，以免粘貼碳纖維片時(shí)發(fā)生空鼓或偏斜現(xiàn)象。
5.2、涂底膠：底膠的主劑和固化劑按規(guī)定的比例準(zhǔn)確稱量，均勻慢速攪拌，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完；涂底膠前必須將基面清理干凈，并保持干燥；涂刷必須均勻，底膠指干后再進(jìn)行下一道工序。
5.3、粘貼面修整：
用底膠調(diào)膩?zhàn)庸纹交炷粱?。整平材料?yīng)按規(guī)定比例進(jìn)行調(diào)配。修整時(shí)應(yīng)確?？影继幪顚?shí)填滿，不得有氣泡，毛刺或糙紋；指干燥后進(jìn)行下一道工序。
5.4、貼碳纖維片
粘接浸漬樹脂膠必須配比準(zhǔn)確，攪拌均勻，不得超時(shí)使用。其涂抹要均勻，在搭接、拐角部位適量多涂抹一些，用量符合要求；碳纖維片的裁剪尺寸要準(zhǔn)確，嚴(yán)禁出現(xiàn)扭曲、彎折、跳絲、橫向脫離、錯(cuò)位等現(xiàn)象；用帶肋滾子沿纖維方向多次滾壓，確保碳纖維片充分浸潤(rùn)膠料并及時(shí)趕出氣泡。
5.5、檢查驗(yàn)收
施工驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維片與混凝土之間的粘接質(zhì)量為主，用小錘等工具輕敲擊碳纖維布表面，以回聲來(lái)判斷粘接效果，若出現(xiàn)空鼓等粘帖不實(shí)現(xiàn)象，可用針管注浸漬樹脂膠進(jìn)行補(bǔ)救。
5.6、防護(hù)涂層
防護(hù)涂層一方面起到防火和表面涂裝作用，另一方面也起到對(duì)碳纖維片加固層的外表面密閉防護(hù)的作用，從而減慢碳纖維布的老化和避免遭受其它損傷，保證構(gòu)件加固后的正常使用。
6、結(jié)束語(yǔ)
梁加固后的使用結(jié)果顯示，梁的撓度＜3mm，符合設(shè)計(jì)要求，效果良好。實(shí)踐顯示：碳纖維加固帶來(lái)的直接效益就是工期短、見(jiàn)效快、人力資源需要少。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量日益增大。七、八十年代修建的鋼筋混凝土建筑物，許多已經(jīng)表現(xiàn)出不能滿足目前需求。一是荷載標(biāo)準(zhǔn)低，二是在設(shè)備超重的作用下，出現(xiàn)了許多病害，加固任務(wù)很大。碳纖維有著優(yōu)異的力學(xué)品質(zhì)，是理想的鋼筋混凝土加固材料，在今后的建筑物加固工程中，碳纖維必定發(fā)揮巨大的作用。
