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談碳纖維布加固工程施工技術(shù)的應(yīng)用
摘要： 在國(guó)外碳纖維使用于加固已經(jīng)被普遍采用，國(guó)內(nèi)碳纖維加固也是土木工程與房屋加固上多見的形式與方法。本文對(duì)碳纖維布的特點(diǎn)與原理進(jìn)行了研究，并且在加固施工中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：碳纖維布加固 加固設(shè)計(jì)
背景資料
碳纖維為極細(xì)纖維，其單位強(qiáng)度高但直徑極小，由環(huán)氧樹脂結(jié)合成一體后在纖維方向上具有高抗拉強(qiáng)度。其特性除高強(qiáng)度外，抗腐蝕性佳，并且沒有疲勞老化現(xiàn)象，自問世后已有三十余年的使用經(jīng)驗(yàn)，但在鋼筋砼的加固上則約在十年左右。
使用碳纖維加固，有許多*的技術(shù)特點(diǎn)：（1）高強(qiáng)、高效碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能，抗拉強(qiáng)度高于普通鋼材的十倍，碳纖維彈性模量與鋼較為接近，極適合于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)。（2）重量輕、厚度薄。碳纖維材料比重公為鋼材的1/4，每層厚度小于1mm，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。（3）適用面廣。碳纖維材料，廣泛適用于工業(yè)與民用建筑的梁、板、柱等構(gòu)件及橋梁、隧道、煙囪等構(gòu)筑物的補(bǔ)強(qiáng)及抗震加固，可用曲面及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。（4）施工便捷碳纖維加固施工時(shí)，不需大型機(jī)具，沒有濕作業(yè)，無需其它固定設(shè)施，施工功效高。（5）良好的耐久及耐腐蝕性。碳纖維材料耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境的腐蝕，不需定期維護(hù)。（6）施工質(zhì)量易保證。碳纖維材料質(zhì)輕柔軟，易貼附，同粘鋼板相比，訊息工期質(zhì)量更易保證。
碳纖維加固法加固抗彎結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為普通鋼筋的10倍），效果好；
（2） 自重輕，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸，柔性好，易于剪裁，適用范圍廣；
（3） 加固后可大大提高結(jié)構(gòu)的承載力、耐腐蝕性及耐久性；
2、施工程序：
表面處理→涂刷底膠→修補(bǔ)找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護(hù)→檢驗(yàn)
3、施工方法：
a.表面處理：清除粘貼部位混凝土表面浮漿、油污、雜質(zhì)，若表面有蜂窩、裂縫，應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)，使露出結(jié)構(gòu)本體后，吹凈。碳纖維材料擦除表面浮灰。
b.涂刷底膠：把按比例充分?jǐn)嚢枵{(diào)制后的底膠，均勻涂布在混凝土表面。
c.修補(bǔ)找平：經(jīng)上述工序后，混凝土表面若有凹凸，用修補(bǔ)膠涂抹找平。
d.膠料配制：按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠，調(diào)制前對(duì)甲、乙兩組分別攪拌，混入后再充分?jǐn)嚢琛?/span>
e.粘貼碳纖維：按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維，將配制后的粘結(jié)膠均勻涂抹粘貼部位的混凝土面上。將裁剪好的碳纖維敷設(shè)在涂好粘結(jié)膠的基層上，并用滾筒沿碳纖維纖維方向多次滾壓，使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。
f.表面防護(hù)：在粘貼的碳纖維zui后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。
g.檢驗(yàn)：粘貼碳纖維完工經(jīng)固化后，檢驗(yàn)粘貼部位密實(shí)度，對(duì)局部不密實(shí)處進(jìn)行修補(bǔ)。
4、施工要求：
a.表面處理：粘貼部位混凝土表層含水率應(yīng)<4%，混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu)本體潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀，半徑不應(yīng)小于25mm。
b.涂刷底膠：底膠涂刷應(yīng)均勻，當(dāng)指觸干燥后方可進(jìn)入下一工序。配制的底膠應(yīng)在50分鐘內(nèi)使用。
c.修補(bǔ)找平：經(jīng)上述工序后粘貼面應(yīng)平整，有段差轉(zhuǎn)角部位、凹凸部位應(yīng)找平，抹成平滑曲面。配制的修補(bǔ)膠應(yīng)在45分鐘內(nèi)使用。
d.膠料配制：膠料應(yīng)嚴(yán)格按比例充分?jǐn)嚢韬笈渲啤Ｅ渲茢嚢韬蟮哪z料應(yīng)無沉淀、色差、氣泡，并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。粘結(jié)膠配制后應(yīng)在45分鐘內(nèi)使用。
e.粘貼碳纖維:應(yīng)按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維,不得損壞橫向織物面,涂抹粘結(jié)膠應(yīng)均勻,敷碳纖維應(yīng)平整無氣泡。
f.表面防護(hù)：在粘貼zui后一層碳纖維上應(yīng)涂抹粘結(jié)膠一道，進(jìn)行防護(hù)，涂抹應(yīng)均勻充分，不應(yīng)漏涂。
g.檢驗(yàn)：粘貼完工經(jīng)固化(12小時(shí)左右)后，可進(jìn)行檢驗(yàn)。密實(shí)度可用小錘敲擊表面，通過不同聲音判別密實(shí)情況，密實(shí)度應(yīng)達(dá)到有關(guān)規(guī)定，否則應(yīng)予修補(bǔ)后再檢。
*碳纖維布加固公司的技術(shù)要點(diǎn)
在進(jìn)行碳纖維加固前，須進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，在構(gòu)造物的加固設(shè)計(jì)上，一般原則上避免兩種性質(zhì)差異過大的材料結(jié)合在一起，而碳纖維的強(qiáng)度甚高（約為鋼筋的十倍），但是其彈性系數(shù)卻與鋼筋相差不大，由鋼筋砼的使用經(jīng)驗(yàn)研判，碳纖維用于鋼筋砼的加固上不會(huì)有搭配問題，因此可以用于彌補(bǔ)鋼筋砼內(nèi)鋼筋的抗拉不足部分，加固設(shè)計(jì)由于是就現(xiàn)有構(gòu)造物加固，必須先了解原有構(gòu)造物的砼強(qiáng)度，鋼筋性質(zhì)，配置位置與數(shù)量等等，若是原有構(gòu)造物損壞情形還必須先找出其原因并需修復(fù)原有的損壞后再進(jìn)行加固，通常在砼強(qiáng)度上可以用鉆心實(shí)驗(yàn)測(cè)出其強(qiáng)度，若強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)值，則以設(shè)計(jì)值進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，若低于設(shè)計(jì)值則需以實(shí)測(cè)強(qiáng)度進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。鋼筋數(shù)量與配置可以鋼筋定位移檢測(cè)出來，但鋼筋性能則無法求得，可依據(jù)實(shí)際情況研判是否鋼筋強(qiáng)度有所不足，或依建造當(dāng)時(shí)歷史資料研判，取適當(dāng)數(shù)理值作為加固設(shè)計(jì)用，一般為保守起見，會(huì)將強(qiáng)度取適當(dāng)折扣，若遇上*無法取得資料的情況時(shí)，一般依據(jù)建造當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，假定構(gòu)造系依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，然后取適當(dāng)折減值進(jìn)行加固設(shè)計(jì)，在砼及鋼筋等材料強(qiáng)度確定后，依照現(xiàn)行規(guī)范求出其承載能力，若有不足則進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。正如鋼筋與砼間的握裹力一般，碳纖維需借助膠粘劑與砼結(jié)合，兩者之間的結(jié)合必須大于砼本身的抗剪強(qiáng)度，這種膠粘劑涂抹于平整的砼表面，一般稱之為底層樹脂，其粘度通常較低，易于滲入砼內(nèi)與砼結(jié)合成類似樹脂砼，可以加強(qiáng)砼強(qiáng)度，并與碳纖維密切結(jié)合，有效傳遞剪力，而使碳纖維與砼結(jié)合成一體，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果，而需要注意的是碳纖維雖具有高強(qiáng)度但卻是脆性材料，不像鋼筋具有降伏特性，在設(shè)計(jì)應(yīng)避免使用到其破壞強(qiáng)度。
碳纖維在加固工程應(yīng)用中，加固砼主要作用為抵抗拉力，一般適用于抗彎構(gòu)件的板與梁的受拉部位，梁與柱的抗剪力部位，柱或橋墩的圍束加固以及鋼筋錨固長(zhǎng)度不足部位等。在蘇寧雅瑰園住宅小區(qū)工程中，由于A、B幢小高層超過設(shè)計(jì)標(biāo)高，規(guī)劃局強(qiáng)制要求A、B幢降層處理，把已施工完的屋頂敲掉，重新做屋頂，使屋頂標(biāo)高達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，在此改造過程中，由于需要在原有的砼梁上重新加做一道次梁，但必須在原有梁上加固，原設(shè)計(jì)要求是采用粘鋼板加固，但由于粘鋼板在施工中比較復(fù)雜，需要有很大的施工面，還有它耐腐蝕性比較差沒有*性，因而zui后選用碳纖維布加固。先由設(shè)計(jì)院根據(jù)小區(qū)的改造要求確定加固部位，出圖發(fā)到施工單位，施工單位的施工人員根據(jù)圖紙要求確定加固位置和采用碳纖維布的厚度；確定位置以后，由專業(yè)施工隊(duì)伍對(duì)砼表面進(jìn)行處理，把砼表面劣化層去除磨平，縫隙出要以樹脂灌注*，梁陽(yáng)角部位磨成圓弧狀；砼表面處理完以后涂上底膠，涂底膠時(shí)厚度須均勻，要確保底膠滲入砼，必要時(shí)須做防塵措施；待底膠風(fēng)干不粘手時(shí)，對(duì)砼表面凹洞補(bǔ)平防止粘布時(shí)有間隙；確定砼表面平整后涂上樹脂，厚度須均勻不垂流，然后按設(shè)計(jì)要求把碳纖維布向上包梁，再用手由下向上抹平，使樹脂均勻浸入布中，并且把布中氣泡擠出，布表面布能有皺折和歪斜；然后在布表面均勻涂上樹脂，再重復(fù)上一步驟粘布。根據(jù)設(shè)計(jì)要求粘貼層數(shù)，本工程設(shè)計(jì)要求粘二層，zui后一層樹脂外面須進(jìn)行水泥砂漿粉刷。
碳纖維加固的施工主要重點(diǎn)，在于將碳纖維與砼緊密結(jié)合，并使碳纖維的排向方向與設(shè)計(jì)要求*。首先，在砼表面需先加以整平后涂布底層樹脂，在不平整處，以環(huán)氧樹脂系找平材料補(bǔ)平，然后，涂布粘結(jié)樹脂貼上碳纖維貼片，依照設(shè)計(jì)需求在所需加固方向粘貼要求的層數(shù)，zui外層再以保護(hù)材料保護(hù)。
3碳纖維加固時(shí)需要注意的問題
31砼表面濕度
一般環(huán)氧樹脂不可使用潮濕環(huán)境下，通常相對(duì)濕度不高于85%。但在工地現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境濕度難以掌控，而且也不易量測(cè)，若無法充分掌握，必須選用可使用高濕度條件下的樹脂。
32環(huán)氧樹脂的施工性
底涂樹脂必須能滲透到混凝土內(nèi)，因此粘度必須較低，也不可以太快硬化，粘結(jié)樹脂必須能充分滲入碳纖維布內(nèi)，粘度不可過高，但必須附著于碳纖維表面以使樹脂有足夠時(shí)間滲入纖維布內(nèi)，粘度不可過低造成垂流，因此慎選樹脂的粘度以達(dá)到效果，另外，樹脂的硬化時(shí)間決定于溫度，一般選用在施工現(xiàn)場(chǎng)溫度下可使用約30分鐘的樹脂。
33碳纖維布的儲(chǔ)存與運(yùn)送
工地現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境通常較差，材料存放條件較難掌握，或者在運(yùn)送過程中，貨柜無法控制溫度，則在高溫環(huán)境下，若碳纖維布含有樹脂將在存放或運(yùn)送過程中熟化，導(dǎo)致粘結(jié)樹脂無法滲入碳纖維布內(nèi)，結(jié)合不*，無法發(fā)揮加固效果，因此使用不含樹脂的碳纖維布。
34碳纖維排列方向的確保
一般工程施工條件并不好，要確保碳纖維粘貼后的纖維排列整齊方向*，不容易在施工中掌握，而是靠碳纖維布本身構(gòu)造保持，一般碳纖維布制造時(shí)均有考慮如何使碳纖維布在經(jīng)過搬運(yùn)，展開、切割及粘貼等步驟后仍保持一定方向。
4結(jié)束語(yǔ)
碳纖維布加固是一項(xiàng)新技術(shù)，在加固砼技術(shù)上，早已在歐洲 美國(guó)等國(guó)家已廣泛應(yīng)用于橋梁加固上，并且進(jìn)行了深入底研究。我國(guó)在這方面底工程實(shí)踐也是在二十世紀(jì)九十年代中期才開始。碳纖維布材輕，現(xiàn)場(chǎng)粘貼無需大型設(shè)備，施工便利，在其他砼加固工程中也可以采用，例如橋梁等工程。在*國(guó)家的科學(xué)研究工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)砼工程加固特點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)，使我國(guó)在砼加固維修技術(shù)上達(dá)到新的水平。本公司專業(yè)從事土木建筑加固改造加固補(bǔ)強(qiáng)施工《碳纖維加固==粘鋼加固==裂縫修補(bǔ)、裂縫灌漿加固==植筋加固==橋梁頂升加固==房屋加固==結(jié)構(gòu)改造==火災(zāi)房加固==提高增加荷載加固》等加固補(bǔ)強(qiáng)工程等項(xiàng)目工程的施工及技術(shù)咨詢。
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