浅谈碳纤维用于混凝土结构加固

陈军

摘要：在建筑行业，混凝土结构由于浇筑质量把控不严、施工操作不当等问题，部分结构不能满足设计承载力的要求，为此必须采取一系列的加固措施，而碳纤维加固效果明显，已成主流趋势。

关键词：碳纤维加固；高强；轻薄

一、概述

随着混凝土结构在建筑工程施工中的大量运用，振捣不密实、集中堆载超载、构建尺寸不足等情况难以避免，影响结构承载力。为保证结构安全，必须对混凝土结构进行加固。常用混凝土加固的方式有增大截面加固法、置换混凝土加固法、体外预应力加固法、外包型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维复合材料（碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维复合材料）加固法等。碳纤维加固属于粘贴纤维复合材料加固法中的一种，可用于受弯构件正、斜截面、受压构建正截面、框架柱斜截面、大偏心受压、受拉构件正截面、提高柱延性加固，是一种应用十分广泛的加固方式。

二、碳纤维加固特点

1.高强高效

碳纤维材料具有优异的物理力学性能，在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构的承载力和延性，改善受力性能，达到高效加固的目的。

2.施工便捷，施工占地少。

碳纤维材料采用粘贴加固工法，是粘贴钢板施工工效的4-8倍。

3.耐腐蚀性及耐久性好。

试验表明，碳纤维材料加固混凝土结构有良好的耐腐蚀性和耐久性，可以抗御建筑物经常遇到的酸、碱、盐对结构物的腐蚀。

4.适用面广。粘贴碳纤维材料加固修补混凝土结构可广泛适用于各种结构类型（如建筑物、构筑物、桥梁、隧道等）、各种结构形状（如矩形、圆形、曲面结构等）、各种结构部位（如梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等）的加固修补，且不改变结构形状。

5.碳纤维材料质量轻薄

碳纤维材料粘贴后每平方米重量不到1.0kg，粘贴一层的厚度仅1.0mm左右，加固修补后基本不增加原结构自重及原构件尺寸。

三、工程实例

福建省泉州市某工地，因在进行楼板厚度检测中发现一走道楼板厚度偏差超过允许值，经与设计单位联系，同意采用碳纤维对混凝土进行加固。

1.材料选择

本次加固采用高强Ⅰ级单向织布，抗拉强度标准值为3400MPa。织布宽度为200mm，横间距200mm（如果板跨度较大时，应采用纵横双向粘贴），粘贴范围以该加固板为中心，向外延至梁另一侧，沿梁方向布置一道织布，作为封口。如下图：

2.1混凝土表面检验及放线

（1）凿除加固部位的装饰层、水泥砂浆结合层等。

（2）对被加固部位混凝土进行检验，测定混凝土的含水率。

（3）清除被加固构件表面的剥落、疏松等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对有主要缺陷的部位做出标记。

（4）按加固部位放线定位。

2.2混凝土表面的修补

对有缺损、孔隙、蜂窝的地方，先凿去松动的混凝土，然后再用高标号的砂浆进行修复。对缺陷面积≥0.1㎡的位置，则用无收缩水泥砂浆修补。对暴露出的钢筋应先除锈再修补。

2.3混凝土表面的预处理

（1）被粘结的混凝土表面应打磨平整，凿除表面浮浆、油污等杂质，直到完全露出结构混凝土新面。

（2）混凝土表面应清理干净并保持干燥，对表层含水率大于4%的混凝土，进行烘干，使其达到施工要求。

（3）用专用修补胶将混凝土表面修复平整，平整度不大于5mm/m。在修补胶表面干燥后立即进行下一步施工。

2.4粘结剂的配置和碳纤维布的准备

（1）粘结剂与碳纤维材料应配套使用，选用碳纤维复合材（单向织布），强度等级为高强度Ⅱ级，抗拉强度标准值为2000MPa。

（2）粘结剂的配置搅拌，使用低转速电动搅拌机（转速＜500r/min），按同一方向搅拌，时间控制在3min左右。

（3）按要求尺寸裁剪碳纤维布，并保持粘贴面的清洁。

2.5粘贴施工

粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。气温在20℃左右为宜，相对湿度RH＞85%时，如无有效措施不得施工。为防止碳纤维受损，在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中，应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料，每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。

（1）用干净的抹刀将配置好的粘结剂均匀涂抹到已处理好的混凝土表面，厚度为1.5mm左右，然后将裁剪好的碳纤维布沿墨线紧贴在预定的位置上。

（2）粘贴过程要求平整、顺直，不得有波纹、皱折或位置偏差。

（3）用滚筒沿碳纤维布铺贴方向在已贴好的碳纤维布上多次滚压，挤出气泡，并使粘接剂充分渗透入碳纤维布中，压滚时不得损坏碳纤维布。

（4）在碳纤维布的表面均匀涂膜粘接剂。

（5）在碳纤维布上抹20mm厚1：2水泥砂浆作保护层。

2.6养护

粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。

2.7注意事项

（1）碳纤维布为导电材料，施工碳纤维布时应远离电气设备及电源，或采用可靠的防护措施。

（2）施工过程中应避免碳纤维布的弯折。

（3）碳纤维布粘接剂的原料应密封储存，远离火源，或采取可靠的防护措施。

（4）粘结剂的配置应在室内进行，其操作环境及施工场所应保持通风良好。

（5）现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。

四、结语

通过上述应用实例，充分展示了碳纤维加固的简单易行，操作方便、材料轻质、不改变构建形态等特点，而且用途广泛，不但可以用于新建建筑的加固，而且根据需要可用于道路、桥梁、旧房改造工程，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]混凝土结构加固设计规范GB50367-2013