碳纤维布补强加固技术在混凝土中的应用

摘要：介绍了在朱庄水库坝顶闸墩除险加固中，采用专用环氧树脂胶在闸墩裂缝的部位粘贴碳纤维布片，使固化后的碳纤维与原结构共同受力，从而补强混凝土结构的碳纤维布补强加固技术。

关键词：碳纤维布补强加固技术应用

Abstract: In the crest pier reinforcement of Zhuzhuang reservoir, pasting the carbon fiber sheet piece in the cracks of the pier with special epoxy glue makes the carbon fiber with the original structure carry force together afrer solidification, so as to reinforce carbon fiber cloth of the concretethe structure, and the reinforcement technology.

Key words: carbon fiber cloth; reinforcement; technology; application

中图分类号： TU377 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1、前言

碳纤维布补强加固是利用高强度、高弹性模量的连续碳纤维用环氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材，并将片材用专用环氧树脂胶粘贴在结构外表面受拉或有裂缝的部位，固化后与原结构形成整体，碳纤维与原结构共同受力，从而达到补强混凝土结构的目的。

朱庄水库坝顶闸墩由于96.8洪水过后不同程度出现裂缝。裂缝采用将裂缝凿槽、嵌补丙乳砂浆、化学灌浆的处理方法；裂缝灌浆处理后，表面沿裂缝长度方向粘贴单层碳纤维布进行补强。

2、施工方法

根据闸墩表面裂缝情况，将粘贴碳纤维布处理范围内的闸墩混凝土表面打磨光滑，并沿裂缝凿6cm×3cm（宽×深）的U形槽嵌补丙乳砂浆，再沿裂缝长度方向粘贴单层碳纤维布进行补强，纤维方向垂直裂缝走向，碳纤维布伸出裂缝两侧长50cm，凿槽嵌补和碳纤维布粘贴沿裂缝长度方向每侧延长50cm。

3、材料

本次施工采用上海协固建筑材料有限公司提供的台湾产XEC-300型（高强度）碳纤维布及其配套的粘接剂，其性能指标符合设计技术要求。

3.1碳纤维布

碳纤维布的规格及性能指标见表1。

表1碳纤维布的规格及性能指标表

序号 检验项目 单位 标准指标 检验值 单项判定

1 抗拉强度标准值 MPa ≥3000 4206 合格

2 拉伸模量 MPa ≥2.1×105 2.8×105 合格

3 延伸率 % ≥1.4 1.6 合格

3.2粘接剂

粘贴碳纤维布的粘接剂的基本性能指标见表2。

4、碳纤维布补强加固施工技术

4.1施工程序

碳纤维布补强施工程序包括混凝土基底处理、涂底层涂料、用环氧腻子进行缺陷修补、贴碳纤维片、养护、涂装。

4.2混凝土基底处理

（1）混凝土裂缝凿槽：沿混凝土裂缝走向进行凿槽，凿槽尺寸为（宽×深）6cm×3cm。

（2）丙乳砂浆填槽：按配比配置丙乳砂浆，先将槽面浇水湿润，刷一道丙乳净浆，在丙乳净浆未风干之前分层填抹丙乳砂浆，填抹完成后用塑料薄膜覆盖并洒水养护。

（3）混凝土基底打磨清洗：沿裂缝两侧各打磨50cm，表面凸出部分打磨平整，外露金属割除，裂缝两头各延长50cm，用高压水枪将基面清洗干净，并晾干。

表2粘接剂的基本性能指标表

序号 检验项目 标准指标 检验值 单项判定

1 主涂拉伸剪切强度 ≥10MPa 14MPa 合格

2 主涂拉伸强度 ≥30MPa 43MPa 合格

3 主涂压缩强度 ≥70MPa 90MPa 合格

4 主涂弯曲强度 ≥40MPa 89MPa 合格

5 主涂正拉粘接强度 ≥2.5MPa，且不小于被加固

混凝土抗拉强度标准值ftk 5.0MPa，混凝土破坏；粘接

强度大于抗拉强度标准值ftk 合格

6 主涂弹性模量 ≥1500MPa 3287MPa 合格

7 主涂伸长率 ≥1.5% 1.6MPa 合格

8 底涂正拉粘接强度 ≥2.5MPa，且不小于被加固

混凝土抗拉强度标准值ftk 4.14MPa，混凝土破坏；粘接

强度大于抗拉强度标准值ftk 合格

9 找平胶正拉粘接强度 ≥2.5MPa，且不小于被加固

混凝土抗拉强度标准值ftk 4.91MPa，混凝土破坏；粘接

强度大于抗拉强度标准值ftk 合格

10 配套树脂老化后（2000h）

正拉粘接强度 2000h后正拉粘接强度

降低不超过10% 主涂：4.82MPa，混凝土破

坏；正拉粘接强度降低3.6% 合格

底涂：4.01MPa，混凝土破

坏；正拉粘接强度降低3.1% 合格

找平胶：4.72MPa，混凝土破

坏；正拉粘接强度降低3.9% 合格

注：正拉粘接强度试验用C30混凝土；C30混凝土轴心抗拉强度标准值ftk：2.01MPa

4.3涂刷底层胶粘剂

（1）把底层胶粘剂的主剂和固化剂按比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量以在可使用的时间内用完为准。

（2）用滚筒刷均匀地涂刷底层胶粘剂，在底层胶粘剂中严禁添加溶剂。含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不再使用。

（3）底层胶粘剂固化后，表面上有凸起的部分用砂纸磨光。

（4）气温5℃以下、相对湿度大于85%、混凝土表面含水率8%以上、有结露可能而无有效措施时，停止施工。

4.4确环氧腻子对混凝土表面缺陷修补

（1）涂刷底层胶粘剂后，闸墩表面的小孔洞、凹穴处用环氧腻子修补平整、平顺。

（2）缺陷修补中使用环氧腻子，在气温5℃以上，相对湿度RH≤85%的条件下进行。

（3）腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，用砂纸再打磨光滑平顺。

4.5粘贴碳纤维布

（1）底胶涂刷后4～8h，表面干燥后粘贴碳纤维布，贴前用小刀按规定尺寸切断碳纤维布。

（2）碳纤维布纵向接头搭接10cm以上，该部位多涂树脂；碳纤维横向不需要搭接。

（3）粘结树脂的主剂和固化剂按比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量在可使用的时间内用完。

（4）贴布前用滚筒刷均匀地涂刷粘结树脂，为下涂。下涂涂量标准为500～600g/m2。

（5）贴布时，用专用工具沿纤维方向在碳纤维布上滚压多次，使树脂浸入碳纤维中；在碳纤维布和树脂之间不残留空气。

（6）碳纤维布粘贴施工30min后，用滚筒均匀涂刷树脂，为上涂。上涂涂量标准为300～200g/m2。

4.6养护

（1）粘贴碳纤维布后，自然养护24h达到初期固化，固化期间不受干扰。

（2）在每道工序以后树脂固化之前，用塑料薄膜覆盖，防止风沙或雨水侵袭。

（3）碳纤维布粘贴后，在自然条件下进行养护，平均气温10℃以下时养护21d，平均气温10℃～20℃时养护14～7d，平均气温20℃以上时养护7d，达到设计强度。养护期间贴布不得受到硬性冲击。

4.7表层涂装

粘贴碳纤维布完成后3～5d，涂刷PCS柔性防碳化表层涂料，表涂均匀无漏涂，与碳纤维布及周边的混凝土粘结牢固。配制防碳化涂料时，添加调色剂，使其颜色和混凝土颜色近似。

5、碳纤维布质量检查

（1）检查碳纤维布的材料规格、贴布位置及纤维粘贴方向、长度、宽度符合设计要求。

（2）目测检查碳纤维布的粘贴状态。每层树脂涂刷都在前一层树脂达到表面固化硬结（指触干燥）的状态下进行；树脂涂刷均匀，浸入碳纤维布良好；完成上涂后立即进行目测检查，涂刷均匀，周边整齐。

（3）碳纤维布粘贴密实，目测检查没有剥落、松弛、翘起、褶皱、空鼓等缺陷。固化后的贴布粘着状态和树脂固化状况良好。

（4）用目测和敲击检查贴布范围内粘贴情况，不允许出现空鼓和胀鼓，如出现则进行修补，修补后再进行复检，直至合格。

6、结束语

综上所述，碳纤维补强加固技术，是通过在混凝土表面涂刷专用环氧树脂胶，粘贴碳纤维布，使碳纤维布和混凝土结构紧密结合为一整体。碳纤维材料具有良好的抗拉强度，能够增强构件承载能力及刚度；粘接剂对混凝土具有极强的渗透力，对碳纤维布有极强的浸渍力，两者共同承受荷载，能够阻止裂缝进一步发展，最终达到加固补强目的。