碳纖維布加固修復(fù)混凝土裂縫
1、引言
碳纖維材料用于混凝土裂縫加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國家。目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步增長，已竣工的工程和在建工程，特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變，難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，結(jié)構(gòu)需進(jìn)行維修、加固，目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設(shè)計(jì)單位加固設(shè)計(jì)中常用的一項(xiàng)，它具有強(qiáng)度高、施工速度快、功效高的特點(diǎn)。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度能達(dá)到3400mpa以上，受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%，單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。
2、碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固法是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，形成一個(gè)新的復(fù)合體，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性，達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和改善結(jié)構(gòu)受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優(yōu)勢：具有節(jié)省空間，施工簡便，不需要現(xiàn)場固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，悍馬碳素纖維作為新型的補(bǔ)強(qiáng)材料，而備受青睞和關(guān)注。
（1）抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7-10倍，能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的承載力，改善結(jié)構(gòu)的受力性，達(dá)到加固目的。
（2）自身重量輕薄，密度只有普通鋼材的1/4，經(jīng)加固后的原構(gòu)件基本不會(huì)增大自身重量和尺寸。
（3）耐腐濁、耐久性好，可阻抗化學(xué)腐濁和惡劣環(huán)境、氣候變化。經(jīng)研究實(shí)踐表明在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護(hù)層或其他保護(hù)材料的碳纖維布?jí)勖?0年左右。
（4）施工方便簡便、施工速度快、基本不占用場地、省時(shí)省力施工質(zhì)量易保證。
（5）適用范圍廣，混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可以加固。特別是對(duì)其他加固方法無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的結(jié)構(gòu)碳纖維加固法都可以進(jìn)行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等?？纱蠓忍岣邩?gòu)件的承載力、抗震性能和耐久性能。
3、碳纖維布加固工程實(shí)例
3.1概述
廣場6#樓位于該縣老汽車站。一至七層為購物中心，建筑面積43760㎡，集購物、休閑、娛樂為一體。在工程施工至4層結(jié)構(gòu)時(shí)由于業(yè)主招商引入某影業(yè)有限公司在a區(qū)6、7層增設(shè)電影院。由于影院功能需求影廳高度要達(dá)到9米以上，因此影廳內(nèi)7層樓面取消，經(jīng)設(shè)計(jì)院對(duì)a區(qū)重新設(shè)計(jì)驗(yàn)算對(duì)4層以下及地下室柱、進(jìn)行加固處理。
3.2加固方案
設(shè)計(jì)院提出2套加固方案
1、外包鋼加固法：梁部位加固在梁底粘貼6mm厚鋼板，柱加固在柱四角包8mm×l80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優(yōu)點(diǎn)：加固材料可控性好，定期保養(yǎng)、油漆是鋼板長期不銹。缺點(diǎn)施工難度大，周期長，增加構(gòu)件自重，鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)不易粘結(jié)。
2、碳纖維布加固法：選用碳纖維布的抗拉強(qiáng)度達(dá)到3400mpa以上，受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%，單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。優(yōu)點(diǎn)：施工容易，重量輕、體積小，速度快，碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)易結(jié)合，壽命能達(dá)到30～50年。
考慮到時(shí)間就是效益，選用碳纖維布加固法進(jìn)行加固處理，使工程能提前完工，商場提前開業(yè)為業(yè)主提前創(chuàng)造效益。
3.3施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→找平材料配置→構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養(yǎng)護(hù)。
3.4施工工藝要點(diǎn)
3.4．1、表面處理
1）、混凝土表面如出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予剔除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層，在剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。
2）、裂縫部位，如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。
3）、用混凝土角磨機(jī)、砂輪（砂紙）等工具，去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（r3 10mm）。
4)、用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強(qiáng)度聚合物砂漿修補(bǔ)表面凹陷底部分。
3.4.2、構(gòu)件表面殘缺系修補(bǔ)
1）、混凝土表面凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮整平膠料修補(bǔ)填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用整平膠料填補(bǔ)，盡量減少高差。
2）、轉(zhuǎn)角的處理，應(yīng)用整平膠料將其修補(bǔ)為光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
3）、整平膠料須固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時(shí)），方可再進(jìn)行下一道工序。
3．4.3、涂底膠
1）、按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用攪拌器攪拌均勻，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣溫決定用量，并嚴(yán)格控制使用時(shí)間，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。
2）、用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構(gòu)件表面，厚度不超過0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，等膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時(shí)），再進(jìn)行下一道工序。
3.4.4、碳纖維布粘貼
1）、粘貼碳纖維布的氣溫應(yīng)在10℃以上，按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度應(yīng)在3m以內(nèi)。
2）、按悍馬廠家提供的施工工藝規(guī)定配置浸漬膠，比重稱量正確裝入容器充分?jǐn)嚢杈鶆?，一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。用滾筒刷均勻涂抹于所粘貼部位，在搭接、拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。
3）、用特制光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤膠料。當(dāng)需要搭接粘貼時(shí)，搭接長度應(yīng)大于10cm。多層粘貼應(yīng)重復(fù)以上步驟，待纖維表面指觸感干燥為宜，方可進(jìn)行下一層碳纖維布的粘貼。
4）、在外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
3.4.5、養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后，自然養(yǎng)護(hù)1-2小時(shí)達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)值自然養(yǎng)護(hù)應(yīng)在14天左右。
4、加固效果
碳纖維布粘貼完成達(dá)到齡期后，請(qǐng)專業(yè)檢測部門對(duì)其與混凝土結(jié)合強(qiáng)度做了破壞性拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果拉拔強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)要求，碳纖維布牢固的與混凝土粘結(jié)在一起，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
5、結(jié)論
碳纖維布具有輕、薄、高強(qiáng)度、抗腐濁、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。很好的與混凝土結(jié)構(gòu)形成一個(gè)共同體，使混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到一定的目的。
碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費(fèi)用差不多，但悍馬碳纖維布加固施工方法簡單、速度快捷、功效高、施工場地占用少、工期短，在工期上具有明顯的優(yōu)勢。
碳纖維布加固法效果好，強(qiáng)度高、適用范圍廣、施工質(zhì)量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環(huán)境條件的影響，采用悍馬碳纖維布加固后基本不增加結(jié)構(gòu)自身的尺寸和重量，能適應(yīng)各種其它加固無法施工的結(jié)構(gòu)，碳纖維加固在越來越多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

碳纖維布加固之大偏心受壓構(gòu)件
在鋼筋混凝土建筑及橋梁中，偏疼受壓構(gòu)件的使用較多，如梁橋中的墩身、柱根底等。這類結(jié)構(gòu)(構(gòu)件)的一個(gè)一起特點(diǎn)是正截面上效果著軸心壓力和彎矩。
偏疼受壓構(gòu)件由于使用較多，在鋼筋混凝土中也是容易被損壞的構(gòu)件，一般情況下，偏疼受壓構(gòu)件的損壞特征如下：
當(dāng)相對(duì)偏疼距較大，且受拉鋼筋配筋率較小時(shí)，偏疼受壓構(gòu)件的損壞是由于受拉鋼筋首先到達(dá)屈從強(qiáng)度而導(dǎo)致受壓混凝土壓碎，這一損壞稱為大偏疼受壓損壞。其接近損壞時(shí)有顯著的征兆，橫向裂縫展開顯著，構(gòu)件的承載力取決于受拉鋼筋的強(qiáng)度和數(shù)量。
當(dāng)相對(duì)偏疼距較小，或雖然相對(duì)偏疼距較大，但構(gòu)件配置的受拉鋼筋較多時(shí)，就有可能首先使受壓區(qū)混凝土先被壓碎。在通常情況下，接近軸力效果一側(cè)的混凝土先被壓壞，受壓鋼筋的應(yīng)力也能到達(dá)抗壓規(guī)劃強(qiáng)度；而離軸向力較遠(yuǎn)一側(cè)的鋼筋仍可能受拉但并未到達(dá)屈從，但也可能仍處于受壓狀況。臨損壞時(shí)，受壓區(qū)高度略有添加，損壞時(shí)無顯著征兆。這種損壞屬于小偏疼受壓損壞。
在目前的鋼筋混凝土加固辦法中，用張貼碳纖維布的辦法加固大偏疼受壓構(gòu)件使用廣泛。該辦法是經(jīng)過配套碳纖維膠將碳纖維布張貼于構(gòu)件之上，到達(dá)加固補(bǔ)強(qiáng)的效果。選用碳纖維布加固大偏疼受壓構(gòu)件需要注意的是：
當(dāng)選用碳纖維布加固大偏疼受壓的鋼筋混凝土柱時(shí)，應(yīng)將碳纖維布張貼于構(gòu)件受拉區(qū)邊際混凝土外表，且纖維方向應(yīng)與柱的縱軸線方向共同。這是由于碳纖維布不能接受壓力，只能考慮其抗拉效果，因而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定將碳纖維布的受力辦法規(guī)劃成僅接受拉應(yīng)力效果。
別的，在大偏疼受壓構(gòu)件加固核算中，對(duì)碳纖維布之所以不考慮強(qiáng)度利用系數(shù)，是由于在實(shí)踐工程中絕大多數(shù)偏疼受壓構(gòu)件均處于受壓狀況。因而，在承載能力極限狀況下，受拉側(cè)的拉應(yīng)變是從受壓側(cè)應(yīng)變轉(zhuǎn)化過來的，故不存在拉應(yīng)變滯后的問題，亦即以為碳纖維布的抗拉強(qiáng)度能得到充分發(fā)揮。

粘鋼加固和碳纖維布加固能不能互換？
在加固工程之中，粘貼碳布與粘鋼加固，是我們常見的加固方法，那么究竟碳布與粘鋼加固有哪些相同與不同之處呢？今天我們就來深入了解一下吧!
加固機(jī)理相似
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機(jī)理比較類似，本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋，在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
粘鋼加固工法的優(yōu)勢
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，但碳纖維的抗拉強(qiáng)度是鋼材的10倍左右，所以要充分發(fā)揮加固材料的強(qiáng)度，粘貼碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。也就是說，在小變形情況下，粘貼碳纖維加固應(yīng)力滯后顯著，所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固；
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，達(dá)到同樣的力值，鋼材截面要大的多，所以粘鋼加固提高構(gòu)件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說，若補(bǔ)充同樣的抗彎能力，構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的；
鋼板上可以焊接錨筋，也可鉆孔設(shè)植筋錨固，所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活；
碳布加固工法的優(yōu)勢
如果將碳纖維布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為2000MPa，鋼材(Q235)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為200MPa，可按照0.1mm厚碳纖維布則可相當(dāng)于1mm厚鋼板。
此外，碳纖維輕、薄，不需要大型施工機(jī)械，運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工簡便，同樣工程量，粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比，屬惰性材料，不銹蝕，也不易被有害介質(zhì)腐蝕，在惡劣環(huán)境下耐久性好。
碳纖維還具有柔韌性，能夠包裹復(fù)雜外形的構(gòu)件，并非很光滑的結(jié)構(gòu)建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達(dá)到100%，粘貼鋼板是很難達(dá)到100%有效的粘貼面，相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅僅是達(dá)到70%。
在加固工程之中，單采用一種加固工法就將問題完全解決，少之又少，換言之，任何加固工法都會(huì)有自己的使用局限，我們就需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢，將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，為結(jié)構(gòu)安全護(hù)航。

當(dāng)前在工程結(jié)構(gòu)加固改造市場上，粘貼碳纖維復(fù)合材料加固是當(dāng)下熱門的加固方式，其原因當(dāng)然與碳纖維材料的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)：重量輕、強(qiáng)度高、耐酸堿、不占原有建筑空間、施工簡便、幾乎無濕作業(yè)等。
結(jié)構(gòu)安全無小事，在加固材料的選購上更是體現(xiàn)得淋漓盡致，加固材料是結(jié)構(gòu)加固中對(duì)安全影響的因素，因此在選購中，我們一定要仔細(xì)篩選、謹(jǐn)慎決定，防止一時(shí)疏忽，留下安全隱患。
首先我們要知道碳纖維布有一級(jí)300g、一級(jí)200g、二級(jí)300g和二級(jí)200g四種規(guī)格，有些圖紙?jiān)O(shè)計(jì)說明會(huì)直接給出碳布規(guī)格。例如設(shè)計(jì)說明中明確提出碳布采用一級(jí)300g，那我們就可以直接跟材料廠家說明規(guī)格等級(jí)就可以了。
如果設(shè)計(jì)說明沒有明確提出碳布的等級(jí)規(guī)格，我們可以根據(jù)材料幾項(xiàng)關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行判斷材料規(guī)格等級(jí)。例如提到碳布抗拉強(qiáng)度≥3400MPa、彈性模量230GPa、伸長率1.6%，那我們就可以確定碳布等級(jí)為一級(jí)，抗拉強(qiáng)度≥3000MPa、彈性模量200GPa，伸長率1.5%，說明碳布等級(jí)為二級(jí)；可以根據(jù)碳布厚度確定碳布的克數(shù)，厚度為0.167mm，碳布為300g/㎡，厚度為0.111mm，碳布為200g/㎡。
當(dāng)碳纖維布和浸漬膠進(jìn)場時(shí)，檢查碳纖維布外觀是否有明顯的不平整現(xiàn)象。在施工過程中感受膠體是否好用，膠體如果太稠則會(huì)導(dǎo)致施工人員施工體驗(yàn)性不好，并且膠體很難充分浸透碳布，達(dá)到的加固效果，若果膠體太稀，又會(huì)導(dǎo)致浸漬膠流淌，影響粘接效果。
如何選擇好的碳布是一件令人極其的事情，市面上眾多品牌的碳纖維布魚龍混雜，令人頭暈?zāi)垦５耐瑫r(shí)看起來似乎都沒什么區(qū)別。然而不同的產(chǎn)品卻存在較大的價(jià)格差異，部分工程由于采用了劣質(zhì)產(chǎn)品導(dǎo)致加固失效常有發(fā)生，其造成的損失難以估計(jì)，因而值得加固改造業(yè)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理和業(yè)主單位予以關(guān)注，需要多方共同做出努力。