碳纤维加固施工工艺应用与研究

摘要：碳纤维加固技术能大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能，具有适用范围广、施工方便快捷、省力节时等优点，被广泛的运用于建筑施工工程中。

关键词：碳纤维加固；施工；应用

中图分类号： TU74 文献标识码： A

碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，混凝土结构在使用过程中由于种种原因产生病害，难以满足当前规范使用的需求，为了达到安全、经济和适用的目的，亟需对结构进行维修、加固。

一、与传统加固工艺相比碳纤维加固施工工艺的特点

对于传统的加固方法，国内外的很多科研机构都已进行了大量的研究工作，并且大都已应用于实际工程，然而，这些加固方法都有一定的局限性，具体表现如下：（1）加大截面法：该方法能够增强构件的刚度、承载力和变形能力，但是现场湿作业工作量大，养护期较长，并且大截面对房屋外观和室内面积也有一定影响，增加了结构体积和自重，工序繁多，工期长，劣势较多；（2）外包钢加固法：该方法施工量小，工程简单，并且能较大程度的提高混凝土柱的承载力，但是，这种方法常常不能紧贴原结构表面，不耐腐蚀，还需要经常防锈；（3）贴钢加固法：与外包钢加固法有异曲同工之处，但是同样容易被腐蚀，要经常防锈，并且环境温度不能超过60°，相对湿度不能大于70%；（4）预应力加固法：该方法可以消除一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象，但是增大结构体积和自重，并且施工繁琐，耗时耗力，需要大型机械操作。

与上述四种方法相比，碳纤维加固技术具有显著的优势，碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。具体表现如下：（1）抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍；（2）重量轻，密度只有普通钢材的1/4；（3）耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏；（4）施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证；（5）适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。

由此可见，与传统加固技艺相比，碳纤维加固技术在我国土木工程结构加固领域中具有更大的发展空间。

二、碳纤维加固技术施工流程

一碳纤维加固技术的施工流程为基底处理、涂底胶、找平、粘贴、保护瞪五个基本方面，考虑有的工程特殊施工环境因素，加固中应进行卸荷。加固前先将板面粉刷层及板面杂物清除。在加固施工中应先凿开保护层直至结构层基面，方可进行下一步处理。

1、基底处理

混凝土表面处理是决定工程质量的关键，确保混凝土表面坚硬平滑才能充分发挥碳纤维布的共同受力。基底处理应注意以下几个方面：（1）对于混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复；（2）被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构坚硬新面。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行岛角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径应不小于20mm；（3）必要时应按设计要求对裂缝进行灌浆封闭处理；（4）使用空压机、吸尘器、风机等将混凝土表面清理干净，并用丙酮擦净，保持干燥。

2、涂打底胶

涂打底胶是碳纤维加固工艺中必不可少的工序，在涂打底胶时应该注意以下几个方面：（1）在涂打底胶之前应仔细检查混凝土表面是否经过上一道工序处理；（2）按配合比主剂∶固化剂=3∶1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量、电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下20 mim～50 mim内用完；（3）用滚筒、毛刷等工具将打底胶均匀涂于混凝土表面，待表面指触干燥后，(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准，一般固化时间为6 h～24 h)再进行下一工序施工。

3、找平处理

碳纤维加固施工中应对混凝土表面凹陷部位用找平胶填补平整，且不应有棱角，模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补，尽量减小高度差；转角处应用找平胶修复成光滑圆弧，半径不应小于20mm。应在找平胶表面指触干燥后立即进行下一道工序施工。

4、碳纤维布的粘贴

碳纤维布的粘贴需要分五步进行：（1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；（2）

应按产品说明书要求调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同)，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位；（3）粘贴碳纤维布时，在确定所粘贴部位无误后，用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，并使粘结胶充分浸透碳纤维布，并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶，使之均匀，若是多层粘贴，就重复上述步骤，并且滚压时不得损伤碳纤维布，待碳纤维布表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴；（4）碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200 mm。

三、碳纤维加固施工工艺在实际施工中的应用

碳纤维加固施工工艺在建筑施工工程中应用广泛，通常可以用于混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固；隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固；受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。这里我们主要研究碳纤维加固工艺在普通建筑物中建筑结构改造的应用。

某城投建大厦工程原为22层框架―剪力墙结构，有地下室1层、裙楼 5 层。当施工至3楼层楼面时，因建设单位的变换，新的建设单位改变建筑物原使用功能而使主楼标准层层高增加300mm、总层数增加2个标准层，主楼电梯与楼梯平面位置改动等，从而使部分已施工的承台满足不了抗冲切与剪切要求，已施工的部分柱轴压比超限值，部分已建梁板布置无法满足建筑物新的功能。设计采取对相关的承台上柱根加大截面，柱身加大截面及外包钢，梁外包钢及梁板贴碳纤维等加固方法。具体处理时，首先，用混凝土角磨机、砂纸等机具除去表面疏松、蜂窝、浮浆、油污等杂质至结构密实处，用无油压缩空气清除构件表面浮尘，若发现外露钢筋有锈蚀，需进行除锈处理。并且，对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，用高于原构件混凝土强度的环氧砂浆进行修补复原，达到表面平整。 棱角部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径不得小于20mm；其次，使用严格配置的底胶，用滚筒均匀涂抹，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或流淌、气泡，等胶固化后，若构件表面有凝结凸起时，用砂纸磨光，磨光后若露出混凝土基面，并对表面进行找平。在修补找平时，要在气温5℃以上，相对湿度小于85%的条件下施工；最后，做好以上工序后需要对纤维片材进行粘贴，粘贴要保持表面干燥，用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸裁切碳纤维片，每段长度宜小于6m，并且用滚筒将胶均匀涂抹在粘贴部位，个别部位需要粘贴两次纤维片，必须在首层修补完空鼓并在粘结树脂达到指干状态时立即贴下一层。通过碳纤维加固施工，该民用大厦的承重能力、抗震能力、耐久性都得到了大幅度提升，能够满足新施工方案的要求。

结语

随着社会对建筑物越来越高的要求，具有绝对优势的碳纤维补强技术在建筑工程中得到了普遍认同，并且，在日益的研究和探索中，这项技术将更加成熟和完善，呈现出更加广阔的前景。

参考文献

[1] 赵彤，谢剑.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术[M ].天津：天津大学出版社，2001.

[2] 张昌平.碳纤维布加固技术在工程中的应用[J].山西建筑，2007.