碳纤维材料在混凝土结构加固中的应用

碳纤维材料在混凝土结构加固中的应用

丁羽

贵州省建筑设计研究院有限责任公司 贵州省贵阳市 550081

摘要：伴随着建筑行业快速发展，大量的建筑加固工程应运而生。在过去，采用增大截面法、钢筋法等施工方法，取得了较好的效果，但从实践来看，这种方法存在不同的缺陷。耗时费力，工作环境要求较高。近几年来，随着科技的进步，各种新材料、新技术在工业建筑中的应用，碳纤维材料就是其中的一种，本文主要针对碳纤维加固技术在工业建筑中的应用进行简要分析。

关键词：碳纤维材料；混凝土；加固

引言

自其诞生以来，混凝土材料因其稳定性好，具有良好的物理力学性能而得到了较广泛的应用，并成为当今城市建筑施工的重要材料。目前一部分混凝土结构已经达到或超过设计使用年限，与此同时，建筑结构的用途发生了变化，缺乏必要的维修、保养，也会使原有结构急需进行加固和修复处理。过去的工作主要是以喷射混凝土、增大截面和外包钢来修复和改造混凝土结构，随着近年来碳纤维材料的发展，它在建筑修复中的应用范围也越来越广。因此，就需要能够很好地把握材料的特性，以科学的方式来进行设计。

1碳纤维加固技术用于混凝土结构的抗震加固

根据大量的实际数据调查^[1]，用碳纤维材料包覆钢筋混凝土柱体，用纤维方向与柱轴相互垂直的方式，可以大大提高整个柱体的承载力和延展性，还可以提高柱体在地震过程中的耗能状况。此外，剪力墙作为绝大多数工程结构的主要组成部分，在采用碳纤维材料加固剪力墙时，只要加固方法科学合理，可大大提高剪力墙本身的延性和承载力。因此，钢筋混凝土结构的加固，对于碳纤维加固来说，是一个非常重要的应用领域，但是，还必须清楚的是，由于碳纤维本身是一种柔性加固材料，采用结构胶对加固结构进行粘结，才能使需要加固的混凝土结构完全满足实际工程强度的需要，也只有利用了这种方法，才能发挥碳纤维加固的效果。

2碳纤维复合材加固结构构件技术原理

纤维复合材料加固技术的应用过程，主要是将纤维复合材料薄片粘贴在需要加固的混凝土构件的受拉侧面，充分发挥复合材料的高强抗拉性能，以弥补建筑物使用功能的变化和建筑荷载的增加所造成的原有混凝土构件承载力的不足。碳素纤维复合材料具有耐腐蚀、高强度、低自重和高弹性模量等特点，使其能在结构加固中发挥更大的优势。碳纤维复合加固法在混凝土结构加固技术中，要求采用碳纤维复合材料和配套树脂。与粘贴钢板法相比，相同的抗拉强度下，碳纤维复合材具有较高的耐久性、较薄的厚度和较低的结构构件形状要求，这一特点决定了其能较好地加固相关结构构件。但纤维复合材能发挥其力学性能的前提条件是其与混凝土结构构件具有良好的粘结剂粘结性能，故对配套粘结剂的质量和施工人员的技术要求较高。对于纤维复合材与混凝土构件的粘结，在实际应用中^[4]，主要是以底板树脂、平层树脂和粘结树脂为主，底板树脂和平层树脂能保证碳纤维的粘结质量，平层树脂的使用能使混凝土和碳纤维形成完整的结构，实现相关构件的加固。

3碳纤维复合材加固技术的优势

3.1耐腐蚀性和耐久性

碳素纤维复合材料的化学性能比较稳定，与钢相比，不容易被化学成分如酸碱盐腐蚀而降低其力学性能，这种加固方法具有更好的耐久性。因而碳纤维复合材料加固钢筋混凝土构件能较好地解决粘贴钢板加固法耐久性低的问题。

3.2施工简便、性能好、效率高

采用碳纤维复合材料进行加固，其施工工艺相对简单，只需将碳纤维材料直接粘贴或包裹在建筑物表面即可，而且在加固施工过程中，无需使用大型机械设备即可完成。相关资料表明^[2]，碳纤维加固技术具有很好的加固效果，能充分发挥碳纤维材料的优良性能。因而碳纤维加固具有施工方便，灵活高效等优点

3.3适用面广

碳纤维是一种弹性材料，可任意切割。并可明显改变结构形状，增大结构尺寸，不影响结构外观。

4碳纤维复合材在建筑结构加固工程中应用要点分析

4.1选择合理的加固设计方案

为确保建筑加固工程的质量，必须选择合适的设计方案。设计者需要掌握建筑物的建造年代、建造规范、结构特征及抗震性能等，准确地鉴定建筑物的结构，同时科学地验算建筑物的抗震承载力，综合考虑各方面因素，选择合适的加固方案。碳纤复合材料加固技术是利用高强碳纤积物沿同一方向排列，并用一种特殊的粘结胶将其与混凝土结构表面粘结，可有效地对结构构件进行加固和加固，提高构件的抗弯、抗剪切能力，而无需增加结构物的自重或改变结构物的外形尺寸。

4.2粘贴防护

碳纤布粘接阶段，需要根据工艺方案对碳纤布粘接进行剪切。实际上粘贴时，需提前完成粘结剂的配制，然后再在混凝土表面涂抹，厚度应不少于2 mm，厚度应不少于2 mm，避免漏胶问题。采用刮板刮涂作业，确保胶粘剂在结构表面的均匀分布，使碳纤维布起到补强的作用。

4.3涂刷底胶

应按设计要求配制找平材料，对混凝土表面进行嵌刮找平处理，消除其蜂窝麻面等缺陷。采用整平材料修补柱板交接处的转角处，使之形成平滑圆弧，控制圆弧半径，避免应力集中。所用底漆的材料渗透性较强，可渗透到混凝土表面，按一定比例，准确称量涂料的主剂和固化剂，然后放入容器内均匀搅拌，按使用量调节即可。

4.4碳纤维加固技术的适用性

在混凝土楼面以及屋面等部位，由于自身混凝土刚度不足，可能会造成大面积的变形，出现裂缝，对建筑质量有直接影响，但碳纤维材料不适合这种结构的加固。已有大量资料表明^[3]，建筑物梁、板等部位属于横向受力构件，若采用碳纤维加固，在某些极限状态下，碳纤维加固效果仅为不到10%，个别情况下可能不会改变。

结束语

总而言之，虽然碳纤维加固技术在加固混凝土结构方面具有其它加固技术所没有的优势，但它的适用性相对较窄，仅在抗震、抗弯、抗剪等性能方面具有较高的应用价值。因此，在加固钢筋混凝土结构时，必须充分考虑实际需要，不能盲目地将碳纤维加固技术应用于新的领域，必须进行相应的试验，确保可行后再加以应用。此外，还要考虑碳纤维加固技术应用的经济性，才能达到最大效益。

参考文献：

[1]乔国威.碳纤维布在桥梁加固中的应用[J].山西建筑，2018，44(36)：160-161.

[2]袁月芳.带损伤混凝土梁桥预应力碳纤维板加固的应用[J].城市道桥与防洪，2018(12)：111-114+117+16.

[3]王兆云.碳纤维布在建筑施工中的封闭补强应用[J].水泥工程，2018(06)：86-87.

[4]蔡刚.碳纤维布在桥梁加固工程中的施工技术要点[J].科技创新导报，2018，15(33)：39-40.