碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术

维普资讯 http://www.cqvip.com 天津建设科技２００７・增刊　建筑技术　碳纤维布加固混凝土结构的原理　与施工技术　张建新　霍玉凤２　（１．天津瑞鑫管道工程有限公司，天津３００４００；　３００３８１）　（２．金地集团天津房地产开发有限公司，天津摘要：通过工程实例介如碳纤维布加固钢筋混凝土的原理，工程依据和前提，工程设计；较　为详细的叙述了碳纤维布加固的施工工艺；最后提出结论的探讨。　关键词：碳纤维布；加固；混凝土　中图分类号：ＴＵ３７７．８１文献标识码：Ｃ文章编号：１００８—３１９７（２００７）Ｓ１—００４３—０４　的效应。　１碳纤维布结构加固技术简介　粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能　碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种　结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、　桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度　等级不低于Ｃ１５即可；另外，砖砌体的某些力学　性能也可以用碳纤维进行加固。　粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使　两者共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载　能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目　的。　２碳纤维布加固的原理　用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良　的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十　碳纤维增强聚合物（Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｒｅ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｐｏｌｙ—ｍｅｒ简称ＣＦＲＰ，也称为碳纤维增强塑料）是　由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。　使用碳纤维布加固具有以下几个优点：强度高　几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的　各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷　（强度约为普通钢材的１０倍），效果好；加固后能　大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；自重轻（约　２００　ｍ２），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔　性好，易于裁剪，适用范围广；施工简便（不需大　型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好；　施工工期短（本工程实例仅用一周）。因此，碳纤　维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大　载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到　其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤　维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂　后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳　纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳　纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对　碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各　碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构　收稿日期；２００７—０３—１４　作者简介：张建新（１９７８一），男，助理工程师，从事施工管理。　共同工作，从而达到加固的目的。　－－・－——４３－－・－——　维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑技术　天津建设科技２００７・增刊　３工程概况　首先，利用回弹法对薄腹梁混凝土进行检　测，以供加固参考。经检测，混凝土的实际强度　某制药厂保太松车间建于１９８４年，因长期受　为Ｃ３０。　腐蚀性气体的侵蚀，３根薄腹梁下弦混凝土与钢　根据设计图纸及现场混凝土、钢筋的腐蚀情　筋均遭受严重腐蚀，导致保护层混凝土开裂、酥　况，考虑提高下弦的抗拉强度等级，为此，将６１０　松、剥落，下弦钢筋锈蚀、剥落，钢筋受力截面削　ｌｎｌＴｌ宽的Ｔ７００Ｓ型碳纤维布裁成两半，分两层粘　弱，危及结构安全，影响工人的生产情绪；经与设　贴在下弦的底面及两侧（薄腹梁下弦宽度为２００　计人员一起进行分析比较，选择粘贴碳纤维布进　１１１１１１），加固后，相当于增加原受拉钢筋面积的　行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀，延长梁的使　４６％，弥补了由于原钢筋锈蚀而造成的截面削减，　用寿命（薄腹梁见图１）。　构件的承载力得到加强，而且，总体配筋率　≤　４碳纤维布加固的依据及前提　ｐ≤ｐ一，可以满足使用要求。　４．３碳纤维布的设计　４．１碳纤维布加固的依据　因梁底宽度为２００　ｍｌｉｌ，而碳纤维布的宽度为　（１）某制药厂提供的保太松车间图纸。　６１０　ｍｌｉｌ，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及下弦　（２）架的腐蚀情况。　的受拉范围，考虑将碳纤维布裁为两半，一层为　（３）腹梁的实际检测强度。　３００　ｍｌｉｌ宽，一层为３１０　ｍｌｉｌ宽，分两层粘贴在梁的　（４）《混凝土结构加固技术规程》。　下侧及两面侧边（两侧边高度为５０—５５　ｍｉｌ１），应　４．２碳纤维布加固的前提　注意转角处须处理成圆角（Ｒ≥１０　ｍｍ），详见图１。　ｌ　Ｊ　Ｉ　ｔ——　２　ｌｌ　９５０　３７０　１一粘贴碳纤维布２层（第１层宽度３００　ｒｎＩＴｌ，第２层宽度３１０　ｒｎＩＴ１）　２一粘贴碳纤维布２层（第１层宽度３００　ｒｌｌｌＴｌ，第２层宽度３１０　ｒｌｌｌＴ１）　图１薄腹梁示意　５　碳纤维布加固施工　５～（雾嘉　蓁下弦被腐蚀部位的疏松混凝土凿　５．１施工准备　掉，把锈蚀的钢筋用钢丝刷刷掉被锈蚀层。　（１）施工材料的准备。辽宁省建设科学研究　（２）补粉凿除的混凝土梁用ＳＪ一６０１防腐砂　院生产的ＪＧＮ—Ｃ胶（底胶）及ＪＧＮ—Ｐ胶（粘着　浆补粉凿除的混凝土梁（对于较大面积的劣质层　胶），Ｔ７００Ｓ型碳纤维布。　在凿除后应用环氧砂浆进行修复），并养护３　ｄ。　（２）辅助材料的准备。专用滚筒，刮板，角向　（３）用压缩空气将表面浮尘清除干净［未凿部　磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。　位（需加固处）用混凝土角磨机、砂纸等机具除去　（３）搭设脚手架。按安全规程要求搭设好脚　混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混　手架，高度以方便施工为前提。　凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨　一４４一　维普资讯 http://www.cqvip.com 天津建设科技２００７・增刊　建筑技术　平，用丙酮将需粘贴处清洗干净。　（４）涂底胶。将ＪＧＮ—Ｐ胶甲乙组分根据需　要按３：１的重量称好，放在洁净的容器中调和均　匀，用刮板将它均匀地涂在屋架底面（两侧刮１５０　贴在设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受　力方向来回滚压，挤出汽泡。待指触干燥后，即　可以进行第２道碳纤维布的粘贴，方法同第１道。　注意：碳纤维布的搭接长度一般为１００　ｍｍ，端部　用横向碳纤维布固定。　（７）两道碳纤维布粘贴完，待指压干燥后，再　ｍｍ），待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以　指触干燥为准）再进行下一工序施工。注意：调　好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下４ｏ　ｍｉｎ内用完。　（５）找平。混凝土表面凹陷部位用修补胶　刮涂一层ＪＧＮ—Ｃ面胶，来回滚压，使胶充分渗入　到碳纤维布中去。　（８）待面胶指触干燥后，表面做一层保护层　（防火涂料或水泥砂浆）。　（ＪＧＮ—Ｃ胶掺人两倍粉料）填平，模板接头等出　现高度差的部位应用修补胶填补，尽量减少高度　差。　６有关材料的技术指标　目前，国内碳纤维材料及配套结构胶的生产　厂家有多家，选购前应认真了解材料的相关技术　指标及操作说明，各材料指标见表１～表３。　（６）粘贴碳纤维布。将ＪＧＮ—Ｃ胶甲乙组分　按３：１的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，　用刮板将胶均匀地涂刮在底胶上需粘贴碳纤维　布处，随即把按设计要求已裁剪好的碳纤维布粘　表１结构加固修补用碳纤维材料（ＣＦＲＰ～Ｔ＇／００Ｓ）主要性能指标　抗拉强度　（ＭＰａ）　弹性模量（ＭＰａ）　延伸率　％　２．１　密度　（ｇ／ｃｍ３）　１．８　耐腐蚀性　优　浸透性　良好　均匀度　良好　５　０００　２．３５×１０ｓ　表２碳纤维织物数据　单位面　积重量　径向纤维　纬向纤维　径向密度　纬向密度　径向重　量比例　％　９９　根／ｃｍ　（　ｍ２）　根／ｃｍ　纬向重　量比例　碳布宽度　积层厚度　积层厚度　（ｉｎｔｎ）　（ｉｎｔｎ）　为加入树　％　脂后其纤　维体积含　１　６１０　０量为５０％　．２　时的厚度　２２０　碳纤维　尼龙线　２．６５　表３建筑结构胶主要技术性能指标　１．６　结构胶名称　作用　外观　甲组分　乙组分　粘接拉伸强度（ＭＰａ）　拉伸剪切强度（ＭＰａ）　压缩强度（ＭＰａ）　宽曲强度（ＭＰａ）　混合度（２０℃时）　涂　量ｋ　ｍ３　ＪＧＮ—Ｃ　粘贴碳纤维专用胶　白色蜡状膏体　棕色液体　＞３０．０　＞２０．０　＞５０．０　＞３０．０　＜５　０００（不流挂）　０．６～１．０　ＪＧＮ—Ｐ　与ＪＧＮ—Ｃ配套使用的底胶　无色透明液体　棕红色液体　粘接强度（混凝土一混凝土）　混凝土破坏　０．２５—０．３　适用期（２０￣Ｃ时）ｒａｉｎ　硬化时间（２０℃时）ｈ　＞９０　＜３．０　甲：乙＝３：１　可使用时间ｍｉｎ　指干时间（２０℃时）ｈ　甲：乙＝３：１　２０～４０　＇　使用温度℃　１０～３５　维普资讯 http://www.cqvip.com 建筑技术　天津建设科技２００７・增刊　７结论　由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很　明显，应用前景光明。　根据加固原理可知，在施工前必须选择合适　的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，　８探讨　掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强　粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加　度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤　固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较　维布与结构共同工作；在施工过程中，参照使用　大的经济效益；在混凝土结构的加固中，碳纤维　说明，每道胶都必须处理好，特别是粘贴碳纤维　布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作　布的ＪＧＮ—Ｃ胶，应尽可能让胶充分地渗入到碳　用是提高结构构件的抗拉强度。那么在其它的　纤维丝之间（细部空鼓处，可用针筒注射胶），确　结构中，碳纤维布能否起到加强抗拉强度的作用　保相互共同工作。　呢？因为碳纤维布在结构胶的作用下强度很高，　通过对某制药厂工程实例的施工操作，深深　其它结构在用碳纤维布加固后，会否像类似钢筋　体会到碳纤维布结构加固技术简介中介绍的各项　混凝土结构构件的超筋截面破坏一样产生负面　优点，该工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用　影响等问题都还需要研究。　了简单的脚手架，而且，碳纤维布裁剪非常方便，可　目前我所正在探索应用碳纤维布加固砖砌　以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处　体的技术（如砖砌体在外界环境影响下产生的裂　可以随意穿过，施工非常方便；另外，从２００１年５　缝修补，采用碳纤维布来提高砌体的某些力学性　月７日加固后到现在，在腐蚀性气体的侵蚀下，至　能），该技术是粘贴碳纤维结构加固技术领域中　今未见有被腐蚀处；该工程从开工到结束仅７　ｄ（包　的新生事物，如能成功，必将也能产生较大的经　括搭、拆脚手），工程总费用约为１１　０００．００元。　济效应。　（上接第３２页）　３泛浆和泛白　类，由碳酸盐（ＮａｚＣＯ３）、硫酸盐（Ｎａ２ＳＯ４）和氯盐　（ＮａＣ１）等，因为它们没有强度，又是早期析出，对　混凝土经过震捣，骨料下沉，水泥浆上浮，称　新旧混凝土的结合是不利的，做施工缝处理时必　之泛浆。泛浆形成了上下强度不同的情况，尤其　须清理。　是混凝土的水灰比较大时，更为严重。若在泛浆　部位留施工缝是容易出问题的。在施工中，可在　４其他　泛浆部位渗入洗净的粗骨料或适当调整塌落度　影响施工缝结合强度的还有接头型式、结合　来解决这种现象。　石的粗糙成度、不同水泥的品种等。为了加强施　在混凝土凝固后，表面析出一层白色粉状　工缝的结合，可采取权筋、涂胶结剂、预留的缩缝　物，一般叫泛白或起碱、起霜。这种白色结晶物　等措施对于提高强度、增强防水抗渗是很有益　是根据原材料的性质和掺和剂的不同析出的盐　的。　・＿＿——４６・－－——