碳纤维在钢筋混凝土结构加固中的应用

1、工程概况

　　羚山发电厂位于广东省肇庆市羚山脚下，主车间始建于1971年，上部为钢筋混凝土框架结构。2006年，为把屋面设备钢筋混凝土梁架的承载力由1000kg/m提高到1800kg/m，采用美国赫氏公司生产的Fabrucs117（300g/m2）型0.167mm厚碳纤维布，对该屋面筋混凝土梁架进行了加固，效果很好。

　　2、材料及其性能

碳纤维是世界上施工程序最简易的补强材料之一。用同一方向排列的碳纤维织物，在常温下用环氧浸渍树脂胶粘贴于混凝土结构表面，使二者作为一个新的整体，共同受力，利用碳纤维的抗拉能力，加大对混凝土的约束力混凝土构件加固后，可有效地增大结构抗拉及及抗剪能力，提高其强度、刚度、抗裂性和延性，控制裂缝和挠度的继续发展，从而达到对混凝土构件加固的目的。与传统的粘钢加固不同，碳纤维加固在不增加结构物的荷重的前题下达到高效加固的目的。

　　碳纤维复合材料包括碳纤维布和粘接材料：

　　2.1、碳纤维布具有如下特点：

　　（1）、力学性能优异：主要技术指标：抗拉强度：3550MPa/mm2，弹性模量≥2.35×105Mpa，伸长率≥1.4%。

　　（2）、化学稳定性良好：具有极强的抗酸、碱、盐、紫外线和防水能力。

　　（3）、材料重量轻：可以不增加结构体积和不改变结构外型。增加的结构重量可以忽略，便于用所需要的色彩涂装，而不留补强痕迹。

　　（4）、施工简单：可用手动和小型电动工具操作，可在有震动的情况下施工而不影响补强效果，工期短，进度快。

　　（5）、随形性好：不受形状限制，加固后均可保持物体原状，不影响表面装饰。

　　2.2、粘接材料具有如下特点：

　　粘接材料主要包括三类：底胶、整平材料和浸渍树脂，其性性如下：

　　（1）、底胶：浸入混凝土表面，强化混凝土表面强度从而使混凝土与碳纤维布之间的粘接性得到提高；

　　（2）、整平材料：碳纤维布很有可能因混凝土表面的锐利突起物、错位和转角等部位产生损伤或空鼓，从而引起强度降低。整平材料可补平由于混凝土表面劣化或表面处理造成的空洞或斜面，另一方面用于将矩形90o转角打磨后补成圆弧状。

　　（3）、浸渍树脂：将连续粘贴的碳纤维布结合在一起，使之呈板状硬化，使纤维之间相互结合、均匀抵抗外力，发挥纤维整体强度。同时、将碳纤维布与混凝土粘接在一起，形成一个复合性整体，共同抵抗外力。

　　3、碳纤维加固方案

　　3.1、主梁抗弯加固

　　主梁跨中梁底下弯矩压分别采用25×800（cm）的碳纤维片，每层两端各设一道10cm宽大的U型箍，用以固定碳纤维片。

　　3.2、主梁抗剪补强

　　在靠近支点横隔板处开始加固，加纤维片宽为20cm的U型外包箍，一条主梁设12道，每条主梁端部腹板用宽20cm的U型横向外包箍。

　　4、碳纤维片补强施工工序

　　构件表面处理→ 基底处理→ 涂底层涂料→ 刮腻子整平→ 涂浸渍树脂→ 粘贴碳纤维片→ 涂下一层浸渍树脂→ 养护→ 防护涂装。

　　5、碳纤维片补强施工

　　5.1、混凝土基面处理

　　混凝土基面必须打磨平整，不可存有尖锐棱角，彻底凿除松散的混凝土及其夹杂物。阳角处打磨成R≧30mm的圆角；打磨的阳角外缘线必须平行或垂直于梁肋，以免粘贴碳纤维片时发生空鼓或偏斜现象。

　　5.2、涂底胶：底胶的主剂和固化剂按规定的比例准确称量，均匀慢速搅拌，并在规定的时间内用完；涂底胶前必须将基面清理干净，并保持干燥；涂刷必须均匀，底胶指干后再进行下一道工序。

　　5.3、粘贴面修整：

　　用底胶调腻子刮平混凝土基面。整平材料应按规定比例进行调配。修整时应确保坑凹处填实填满，不得有气泡，毛刺或糙纹；指干燥后进行下一道工序。

　　5.4、贴碳纤维片

　　粘接浸渍树脂胶必须配比准确，搅拌均匀，不得超时使用。其涂抹要均匀，在搭接、拐角部位适量多涂抹一些，用量符合要求；碳纤维片的裁剪尺寸要准确，严禁出现扭曲、弯折、跳丝、横向脱离、错位等现象；用带肋滚子沿纤维方向多次滚压，确保碳纤维片充分浸润胶料并及时赶出气泡。

　　5.5、检查验收

　　施工验收以评定碳纤维片与混凝土之间的粘接质量为主，用小锤等工具轻敲击碳纤维布表面，以回声来判断粘接效果，若出现空鼓等粘帖不实现象，可用针管注浸渍树脂胶进行补救。

　　5.6、防护涂层

　　防护涂层一方面起到防火和表面涂装作用，另一方面也起到对碳纤维片加固层的外表面密闭防护的作用，从而减慢碳纤维布的老化和避免遭受其它损伤，保证构件加固后的正常使用。

　　6、结束语

　　梁加固后的使用结果显示，梁的挠度＜3mm，符合设计要求，效果良好。实践显示：碳纤维加固带来的直接效益就是工期短、见效快、人力资源需要少。

　　随着我国经济的快速发展，交通量日益增大。七、八十年代修建的钢筋混凝土建筑物，许多已经表现出不能满足目前需求。一是荷载标准低，二是在设备超重的作用下，出现了许多病害，加固任务很大。碳纤维有着优异的力学品质，是理想的钢筋混凝土加固材料，在今后的建筑物加固工程中，碳纤维必定发挥巨大的作用。