1、 碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)簡介

碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來興起的一項新型加固技術(shù)，該項技術(shù)是將碳素纖維這種高性能纖維應(yīng)用于土木工程，利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料體（CFRP），通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的。

2、 碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理

碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要為二種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當(dāng)，某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復(fù)材料；配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復(fù)合性整體，并且共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固、補強的目的。

3、加固工程概況

某110kV變電所建于2000年，因電容器室爆炸燃燒，第二榀框架梁遭到破壞，保護層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋變形較嚴重，鋼筋受力截面削弱，危及結(jié)構(gòu)安全，影響電力的安全生產(chǎn)。經(jīng)基建部門、設(shè)計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進行加固，防止大梁的過度變形，延長梁的使用壽命。

4、碳纖維布加固框架梁設(shè)計

4．1碳纖維布加固的前提

首先，利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實際強度為C30。根據(jù)設(shè)計圖紙，及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的受損情況，考慮提高框架梁的抗拉強度等級，為此，將610mm寬的碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側(cè)，加固后，增加了原受拉鋼筋面積，彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減，構(gòu)件的承載力得到加強，而且，總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ，可以滿足使用要求。

4．2碳纖維布的設(shè)計

在受彎加固時，應(yīng)使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致。因梁底寬度為350mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側(cè)；再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍；框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。

碳纖維布的主要力學(xué)指標(biāo)

抗拉強（Mpa）

彈性模（Mpa）

延伸率（%）

技術(shù)規(guī)程指標(biāo)

≥3000

≥2.1×105

≥1.4

4．3配套樹脂粘結(jié)材料的設(shè)計

配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成，分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝，在現(xiàn)場使用時，應(yīng)按工藝要求、按照規(guī)定的比例混合均勻，以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結(jié)樹脂。

①底層樹脂 底層樹脂作用是增強表面混凝土與找平材料或粘結(jié)樹脂界面粘結(jié)強度；

②找平樹脂 找平樹脂是使表面平整度符合規(guī)定要求，并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結(jié)強度；

③粘結(jié)樹脂 粘結(jié)樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結(jié)材料，其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結(jié)，使其共同承受結(jié)構(gòu)的作用。

配套樹脂粘結(jié)材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)：

正拉粘結(jié)強度（Mpa）

剪切強度

（Mpa）

拉伸強度

（Mpa）

彎曲強度

（Mpa）

底層樹脂

找平樹脂

技術(shù)規(guī)程指標(biāo)

≥2.5，且大于混凝土抗拉強度的1.2倍

粘結(jié)樹脂

技術(shù)規(guī)程指標(biāo)

同底層樹脂

4、 施工準備

（1）、主要材料：底膠、粘著膠、碳纖維布。

（2）、輔助材料：低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機、剪刀、鑿子、刮板、吹風(fēng)機、榔頭、量具等。

（3）、搭設(shè)腳手架：

按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架，高度以滿足施工要求和施工方便。

5、 施工程序

表面處理→修補找平→定位、下料→膠料配制→粘貼碳纖維布→表面防護→檢驗、驗收。

6、 施工方法

（1）、表面處理：清理粘貼部位混凝土表層，打磨平整，并用MA砂漿修補，平整度應(yīng)達到5mm/m；框架梁、柱節(jié)點轉(zhuǎn)角粘貼處須打磨成圓弧狀，圓弧半徑不小于20mm。表面打磨后用吹風(fēng)機吹凈，并用PT劑清洗干凈。

（2）、修補找平：被加固的框架梁混凝土保護層部分疏松，應(yīng)清除直至露出結(jié)構(gòu)層；局部裂紋、蜂窩用MA砂漿修補表層修復(fù)平整。

（3）、膠料配制：按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠，調(diào)制前對A、B兩組按規(guī)定比例分別攪拌，混入后再充分攪拌。

（4）、粘貼碳纖維布：按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布，將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部份的混凝土面層上；鋪貼碳纖維布，并用滾筒沿碳纖維布纖維方向多次滾壓，使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。

（5）、表面防護：在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。

（6）、檢驗：粘貼完工后，按規(guī)程進行檢驗。

7、 施工要求

（1）、表面處理：混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu)，本體潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀，半徑不小于20mm。

（2）、修補找平：經(jīng)表面處理后的粘貼面平整度應(yīng)達到5mm/m，有段差轉(zhuǎn)角部位、凹凸部位應(yīng)用MA砂漿找平，抹成平滑曲面。

（3）、膠料配制：膠料應(yīng)嚴格按比例配制，調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低速攪拌器，攪拌應(yīng)充分均勻，配制攪拌后的膠料應(yīng)無沉淀、色差氣泡，并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。

（4）、粘貼碳纖維布：應(yīng)按設(shè)計要求裁剪碳纖維布，不得損傷橫向織物面，涂抹粘結(jié)膠應(yīng)均勻，鋪貼應(yīng)平整無氣泡。

（5）、表面防護：在粘貼好的碳纖維布上應(yīng)涂抹粘結(jié)膠一道，進行防護，涂抹應(yīng)均勻充分，不應(yīng)漏涂。

（6）、檢驗：粘貼完工經(jīng)固化后，進行檢驗。密實度可用小錘敲擊構(gòu)件粘貼表面，通過不同聲音判別密實情況。密實度應(yīng)達到相關(guān)規(guī)定，否則應(yīng)重新修補后再檢驗。

8、 質(zhì)量檢驗及驗收標(biāo)準

（1）、纖維產(chǎn)品應(yīng)按設(shè)計圖紙要求選用，技術(shù)指標(biāo)必須符合有關(guān)規(guī)定，所用纖維產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。

（2）、粘結(jié)膠料應(yīng)按設(shè)計要求選用，符合基本性能要求，所用膠料產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。

（3）、施工質(zhì)量檢驗及驗收標(biāo)準。

7、結(jié)論

根據(jù)加固原理可知，在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑，認真查看材料的質(zhì)保書及使用說明，掌握材料的各有關(guān)參數(shù)，以確保它有足夠的強度，能保證碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作；在施工過程中，參照使用說明，每道膠都必須處理好，特別是粘貼碳纖維布的膠，應(yīng)盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間（細部空鼓處，可用針筒注射膠），確保相互共同工作。通過對某110kV變電所工程實例的施工操作，深深體會到碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介中介紹的各項優(yōu)點，該工程施工時，在確保安全的前提下，僅使用了簡單的腳手架，而且，碳纖維布裁剪非常方便，可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪，在各種支架的遮擋處可以隨意穿過，施工非常方便；另外，從2005年4月28日加固后到現(xiàn)在，一切使用良好；該工程從開工到結(jié)束僅7天（包括搭、拆腳手），工程總費用僅為16772.00元。

由此可見，碳纖維材料加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點很明顯，應(yīng)用前景很光明。

8、探討

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益；在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強度和抗變形能力，減少裂縫的開展，那么在正常使用狀態(tài)中，碳纖維布與鋼筋混凝土一起各發(fā)揮了多少作用呢？它們的應(yīng)力狀態(tài)如何呢？在其它結(jié)構(gòu)構(gòu)中，碳纖維布能否也起到加強抗拉強度的作用呢？這些問題有待工程技術(shù)人員進一步研究、開發(fā)。