碳纖維在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應用
2012-02-28 來源：作者：何璐 來源：中國鳴網(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，為把屋面設備鋼筋混凝土梁架的承載力由1000kg/m提高到1800kg/m，采用美國赫氏公司生產(chǎn)的Fabrucs117（300g/m2）型0.167mm厚碳纖維布，對該屋面筋混凝土梁架進行了加固，效果很好。
2、材料及其性能
碳纖維是世界上施工程序最簡易的補強材料之一。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，使二者作為一個新的整體，共同受力，利用碳纖維的抗拉能力，加大對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，從而達到對混凝土構(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到高效加固的目的。
碳纖維復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：
?。?）、力學性能優(yōu)異：主要技術(shù)指標：抗拉強度：3550MPa/mm2，彈性模量≥2.35×105Mpa，伸長率≥1.4%。
?。?）、化學穩(wěn)定性良好：具有極強的抗酸、堿、鹽、紫外線和防水能力。
?。?）、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，而不留補強痕跡。
?。?）、施工簡單：可用手動和小型電動工具操作，可在有震動的情況下施工而不影響補強效果，工期短，進度快。
?。?）、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：
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，強化混凝土表面強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、錯位和轉(zhuǎn)角等部位產(chǎn)生損傷或空鼓，從而引起強度降低。整平材料可補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)揮纖維整體強度。同時、將碳纖維布與混凝土粘接在一起，形成一個復合性整體，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，每層兩端各設一道10cm寬大的U型箍，用以固定碳纖維片。
3.2、主梁抗剪補強
在靠近支點橫隔板處開始加固，加纖維片寬為20cm的U型外包箍，一條主梁設12道，每條主梁端部腹板用寬20cm的U型橫向外包箍。
4、碳纖維片補強施工工序
構(gòu)件表面處理→基底處理→涂底層涂料→刮膩子整平→涂浸漬樹脂→粘貼碳纖維片→涂下一層浸漬樹脂→養(yǎng)護→防護涂裝。
5、碳纖維片補強施工
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。陽角處打磨成R≧30mm的圓角；打磨的陽角外緣線必須平行或垂直于梁肋，以免粘貼碳纖維片時發(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)定的比例準確稱量，均勻慢速攪拌，并在規(guī)定的時間內(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，底膠指干后再進行下一道工序。
5.3、粘貼面修整：
用底膠調(diào)膩子刮平混凝土基面。整平材料應按規(guī)定比例進行調(diào)配。修整時應確?？影继幪顚嵦顫M，不得有氣泡，毛刺或糙紋；指干燥后進行下一道工序。
5.4、貼碳纖維片
粘接浸漬樹脂膠必須配比準確，攪拌均勻，不得超時使用。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確，嚴禁出現(xiàn)扭曲、彎折、跳絲、橫向脫離、錯位等現(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膠料并及時趕出氣泡。
5.5、檢查驗收
施工驗收以評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，以回聲來判斷粘接效果，若出現(xiàn)空鼓等粘帖不實現(xiàn)象，可用針管注浸漬樹脂膠進行補救。
5.6、防護涂層
防護涂層一方面起到防火和表面涂裝作用，另一方面也起到對碳纖維片加固層的外表面密閉防護的作用，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
梁加固后的使用結(jié)果顯示，梁的撓度＜3mm，符合設計要求，效果良好。實踐顯示：碳纖維加固帶來的直接效益就是工期短、見效快、人力資源需要少。
隨著我國經(jīng)濟的快速發(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。一是荷載標準低，二是在設備超重的作用下，出現(xiàn)了許多病害，加固任務很大。碳纖維有著優(yōu)異的力學品質(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。
