碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)的施工應(yīng)用

摘要： 碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種適用、經(jīng)濟(jì)、新型的結(jié)構(gòu)加固法。該法與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)相比，以其輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)、施工便捷、對結(jié)構(gòu)影響小等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外結(jié)構(gòu)加固改造工程中。

關(guān)鍵詞：碳纖維片材；加固技術(shù)；施工

中圖分類號：TU528．572 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1000—4637(2005)05—40—02

 

 

      碳纖維增強(qiáng)聚合物(Carbon Fiber ReinforcedPloymer，簡稱CFRP)是一種新興的高強(qiáng)材料，近年來在建筑工程領(lǐng)域的研究與應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)加固方法相比，碳纖維加固技術(shù)是一種新型高效的加固修復(fù)技術(shù)，它具有高強(qiáng)、高效、施工便捷、使用面廣等優(yōu)點。其中，碳纖維片材加固修復(fù)技術(shù)工法主要采用“三步法”，即分別用底層樹脂、找平材料和浸漬樹脂的雙組份樹脂粘結(jié)材料，將碳纖維片材粘貼在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表面，以達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。目前除了在混凝土中應(yīng)用以外，正逐漸推廣到砌體結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)，甚至木結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)之中。

 

 

      在混凝土結(jié)構(gòu)工程的加固技術(shù)中，碳纖維片材加固與電化學(xué)加固技術(shù)、粘鋼加固技術(shù)相比，具有以下特點。

 

 

       (1)在混凝土結(jié)構(gòu)工程加固中，碳纖維片材可以敷設(shè)粘貼于結(jié)構(gòu)需要部位，不改變結(jié)構(gòu)形狀，不影響結(jié)構(gòu)外觀。尤其是對于海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，處于浪涌區(qū)的梁、板、肋、柱的底面、側(cè)面。而陰極保護(hù)系統(tǒng)對于構(gòu)件底、側(cè)以及特種結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計有難度，有時難以實現(xiàn)。

      (2)電化學(xué)加固方法中陰極保護(hù)系統(tǒng)要增加原結(jié)構(gòu)自重；而碳纖維片材加固基本不增加結(jié)構(gòu)永久荷載或增加很少，碳纖維片材粘貼后， 每m 重量不到1．0kg，粘貼一層的厚度僅為lmm，加固修補(bǔ)后，基本不增加現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的自重及尺寸。

      (3)電化學(xué)加固方法無法對加固效果進(jìn)行可靠評估；碳纖維片材加固可以按照混凝土結(jié)構(gòu)計算方法進(jìn)行加固設(shè)計計算，從而使加固效果得以保證，對結(jié)構(gòu)加固后使用期限及可靠度的計算成為可能。

 

 

      (1)粘鋼加固技術(shù)操作復(fù)雜；碳纖維片材加固施工便捷、高效、具有良好的可操作性，加固施工時無需螺栓、鉚釘固定，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)擾動小，不會影響現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的整體性，施工質(zhì)量易于保證。

      (2)粘鋼加固技術(shù)不能用于含鹽的土壤環(huán)境、海洋環(huán)境、化學(xué)物質(zhì)侵蝕的環(huán)境，因此在地下結(jié)構(gòu)、給排水結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、港工結(jié)構(gòu)、化工車間等的易銹蝕工程的加固中受到限制。而調(diào)查表明，這幾類結(jié)構(gòu)物正是出現(xiàn)銹脹破壞最為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)。碳纖維片材加固技術(shù)恰能適應(yīng)這幾類結(jié)構(gòu)物的加固。

 

 

      本地區(qū)某百貨商場一期改造工程中，經(jīng)過現(xiàn)場勘察和設(shè)計計算，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)第1層、第2層及第5層由于使用功能的改變，局部梁抗彎承載力無法滿足使用要求，經(jīng)方案比較，采用梁底長度方向粘貼碳纖維片材，梁端附加碳纖維片材制成U字箍，既對梁底碳纖維片材有較好的錨固作用，也提高了梁端部的抗剪承載力。其加固設(shè)計依據(jù)為：

     (1)沿構(gòu)件主軸方向粘貼碳纖維片材，以提高構(gòu)件正截面的抗彎能力。

     (2)沿與構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維，由碳纖維與原有箍筋共同分擔(dān)剪力以提高構(gòu)件的抗剪承載力。

     (3)沿與構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維，以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。目前在國內(nèi)工程中應(yīng)用最多的是第一種方式，即加固修復(fù)提高梁板正截面承載能力，使之滿足使用功

能要求。

 

 

      加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要有兩種：碳纖維與配套樹脂粘結(jié)劑。碳纖維是高強(qiáng)高彈性模量材料，抗拉強(qiáng)度是鋼材的十幾倍。建筑粘結(jié)劑種類繁多，選擇與某種碳纖維片材相容性好的粘結(jié)劑是關(guān)鍵。樹脂粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)大于混凝土的拉伸剪切強(qiáng)度，且具有適宜的工作粘度，以便于施工操作。與碳纖維相配套的樹脂粘結(jié)劑一般由4部分組成。即底層粘結(jié)劑、找平材料、浸漬樹脂和防護(hù)材料。

      (1)底層粘結(jié)劑必須能滲透進(jìn)混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ)。

      (2)找平材料用來修補(bǔ)結(jié)構(gòu)表面的平整度，以便使用片材。

      (3)浸漬樹脂用以浸漬碳纖維片材在混凝土表面形成原位層板。

      (4)防護(hù)材料用以保護(hù)碳纖維片材免受外界條件的影響，延長其使用壽命。

      經(jīng)過多方分析比較及其它一些試驗，采用的碳纖維材料和粘結(jié)劑的性能如表1、表2所示。