辽宁省建设科学研究院辽宁省沈阳市110005
摘要：混凝土裂缝是工程中最常见的病害之一，其产生的原因多种多样。如何修复、加固，使其符合设计要求，满足使用功能，常用的有以下几种方法：压力注浆法、开槽填补法、涂膜封闭法、钢带加固法及碳纤维布加固法等。其中，用碳纤维修复加固钢筋混凝土是近年来兴起的一种简洁、方便、实用的加固方法。本文根据碳纤维结构加固技术的原理，阐述其在混凝土结构加固中的作用、效果及经济效益。
关键词：碳纤维；混凝土结构；加固原理；施工技术；
由于碳纤维具有优良的物理力学性能，良好的粘结性、耐久性、自重轻、施工方便、快捷等优点，因而利用碳纤维加固混凝土构件，能有效地提高结构构件的承载能力、耐久性，由此达到对建筑物进行加固、补强的目的。
一、碳纤维加固的原理
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，大大提高了碳纤维的抗拉强度，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，同时又要确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
二、实例分析
1.工程概况。某工程在主体工程施工完毕后，因工艺要求，P列/3~4轴线、P列/11~12轴线，+41450m框架梁上钻孔植筋现浇两根结构支承柱，梁自身进行碳纤维加固补强。
2.施工工艺
（1）混凝土基层处理。一是用砂轮机或磨光机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆，油物并研磨至骨料出现为止。二是研磨完后用高压空气枪和毛刷将粉尘去除，并确保作业表面充分干燥、平整无灰尘。三是混凝土表面的凸起部位要磨平，凹陷部位须使用环氧树脂砂浆修补成平滑曲线，以利于碳纤维片材粘贴。四是梁底与梁侧交界处直角须将其磨成R=1~2cm的圆角，以免围束时造成应力集中而降低补强效果。五是钢筋裸露部位须做防锈处理；梁上蜂窝、麻面处要先研磨去除，再用与混凝土具有同等强度的环氧树脂砂浆进行修复。
（2）混凝土裂缝注入施工。结构若有龟裂现象产生时，视情况按以下方式处理。一是裂缝宽度大于5mm时，用高强度水泥砂浆压力灌浆后抹平表面。二是无法用水泥砂浆填注处，可用封塞剂将裂缝处堵住，再用低压树脂注入法将树脂胶注入裂缝中，待注入材料硬化后将多余封塞剂和凸出物除去，再用修补胶补平。
（3）底胶涂布施工。一是施工环境。混凝土表面结露或触水处不得施工，因湿度太大将导致树脂与水气产生作用而干扰胶化过程。迫于工期或其他因素必须施工时，应采取以下措施。施工现场须有保温和除湿设备以降低湿度，确保施工质量；选用湿润面专用底胶施工。二是底胶涂布。施工环境确认后，选用CH-4C底胶材料针对经过上述处理的施工面进行底胶涂布施工。将底胶的主剂和硬化剂按照配合比（3：1重量比），置于洁净的容器中用底速电动搅拌器充分搅拌均匀，用刮板将它均匀地涂在梁底面及粘贴UI^型箍的梁侧面，梁两侧上刮150mm；待胶固化后（固化时间视现场气温而定，指触干燥时间约3~12h）再进行下道工序施工。注意：调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。三是表面不平整的再修补。待底胶干燥后，将拌制好的修补胶用刮刀涂抹在混凝土表面凹陷部位，模板接头出现高度差的部位，尽量减少高度差，使整个施工面平整光滑。注意：修补胶必须按材料使用说明书在规定的时间内用完。
（4）碳纤维片材补强粘贴施工。一是涂布浸渍树脂前必须先确认底胶状况为指触干燥。二是碳纤维片材依据设计尺寸进行裁剪。三是将环氧树脂主剂及硬化剂按照配合比（3：1重量比），置于洁净的容器中搅拌均匀，用刮板将胶均匀地涂刮在底胶上需粘贴碳纤维片材处，随即把按设计要求已裁减好的碳纤维片材粘贴在设计部位，用刮刀沿纤维方向用力刮平以除去气泡和贴平片材，然后再用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，以便使碳纤维片材充分含浸树脂和除去气泡。但需避免树脂过量导致碳纤维滑移或扭曲，也要避免树脂不足造成的浸渍不足。四是在已贴好的碳纤维片材上，再次用含浸渍树脂的滚轮毛刷将浸渍树脂均匀涂布后，再用专用滚子沿碳纤维片材的受力方向来回滚压，使碳纤维片材充分含浸树脂和除去气泡，务必使树脂浸渍完全。碳纤维片材粘贴30min后方可进行上层树脂涂抹。
（5）保护层。待面胶指触干燥后，表面做一层防火涂料或水泥砂浆保护层。本工程按设计要求，碳纤维布粘贴完毕后，抹20厚1：2水泥砂浆保护层。
3.碳纤维片材结构补强检验方法。一是外观目测。检测标准：无间隙，无缺酯区，无皱纹。处理方法：对间隙、缺酯区加补树脂；对皱纹磨平重新粘贴。二是金属锤测试。测试部位：全数检测。检测标准：完工后3d，以金属锤轻敲，以检视碳纤维补强面是否有空孔或浸渍不良的现象。处理方法：对空孔或浸渍不良的区域应用切割器切除，再重新粘贴（注意搭接长度）；对浸渍不良面积达到施工面的2/3及其以上的则需全部拆除，重新粘贴。三是硬度测试。测试部位：全部施工区域。检测标准：完工后3d硬度值达70以上视为合格。处理方法：50<硬度值≤70时，应挑选局部区域切开检查碳纤维浸渍状况。若碳纤维浸渍达到检查区域的2/3以上则该区域须全部拆除重新施工，数目小于2/3则以个别区域分别切开重新粘贴。硬度值[50，则为不合格区域须拆除，重新粘贴。四是现场拉拔试验。测试部位：复合材料补强施工区域。测试频率：每50m2测试一次，不足50m2也测试一次。检测标准：拉拔结果破坏面必须是混凝土破坏或拉拔强度大于20kg/m2，方可视为合格。处理方法：不合格则在原测试位置30cm范围内再取测试，仍不合格，则该施工区域须拆除，重新粘贴。
4.安全注意事项。一是施工现场严禁火源。二是施工人员必须穿着适当的保护工具，如面罩、眼镜、手套等。
5.施工技术总结。根据加固原理，在施工前必须选择合适的粘结剂，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维片材与结构共同工作。该工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用了简单的脚手架，不需大型施工机械及周转材料，而且碳纤维布柔性好，可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处可以随意穿过，施工非常方便；该工程从开工到结束10d时间（包括搭、拆脚手架），工期短、费用低，总费用约2700000元。由此可见，正是碳纤维布加固技术所具有的这些优点，使得这种新型的加固技术在混凝土结构的加固中，得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益。
目前正在探索应用碳纤维布加固砖砌体的技术（如砖砌体在外界环境影响下产生的裂缝修补，采用碳纤维布来提高砌体的某些力学性能），该技术是粘贴碳纤维结构加固技术领域中的新生事物，如能成功，也必将能产生较大的经济效应。
参考文献：
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