碳纤维加固法在钢筋混凝土柱补强施工中的应用

碳纤维加固法在钢筋混凝土柱补强施工中的应用

朱 磊

云南国土资源职业学院 云南昆明 650000

摘要：本文解析了钢筋混凝土柱结构补强的技术特点、施工工艺，并紧密结合自己在工程中的实践经验，介绍了钢筋混凝土柱结构补强的施工技术、施工工序质量的控制措施。

关键词：碳纤维加固 结构补强 实践应用

随着社会经济的高速发展，建筑行业市场对现代建筑物的使用要求越来越高，钢筋混凝土柱由于具有承载能力高、抗震性能好等优点，已逐步在现代建筑施工得到广泛应用。在工程实践中，当钢筋混凝土柱承受荷载超出其自身承载极限时柱体就会发生损伤变形，及时进行结构补强是确保建筑结构安全的重要手段，现结合在一综合楼项目中钢筋混凝土柱结构补强的施工实践进行分析。

一、碳纤维加固结构补强的原理

钢筋混凝土柱是建筑结构中重要的受力构件，属于压弯构件，主要承受轴力，这种受力状态决定其延展性小，当钢筋混凝土柱不能满足安全性、耐久性和适用性要求时，就须进行结构加固补强。碳纤维布加固法作为钢筋混凝土柱常用的结构补强方法，补强效果具有耐腐蚀性、耐渗性、减震性能好等特点。碳纤维布加固法的原理是用粘合剂将碳纤维布粘贴在柱构件的表面，碳纤维的包裹对柱产生环箍作用，在一定程度上提高了柱的轴心抗压强度，碳纤维对柱产生的横向约束作用还可显著提高柱在水平荷载下的延性，满足轴压比的延性要求。

二、钢筋混凝土柱碳纤维加固法的应用实践

1、工程概况

某学校教学楼，建筑面积9120m²，结构形式为钢筋混凝土框架结构，6层，总高22米，混凝土标号C30。该教学楼使用年代久远，经第三方机构进行房屋鉴定后需对该建筑结构进行补强加固，由设计单位对钢筋混凝土柱承载力和延性的核算，确定对钢筋混凝土柱采用碳纤维布加固法补强，即采用沿整个柱高范围包裹3层碳纤维布，经碳纤维加固后将有效提高柱的抗剪承载力和延性，以确保建筑物的使用安全。

2、碳纤维加固抗剪承载力分析

选取该建筑物有代表性的碳纤维加固钢筋混凝土框架柱（KZ3）为例进行加固抗剪承载力分析，KZ3截面尺寸为500mm×500mm,楼层层高3.6m，沿整个柱高全包裹碳纤维布加固后,其抗剪承载力的提高值可按此公式进行计算：VCFS=2VtfCFSh₀ （式中：VCFS为碳纤维加固后抗剪承载力提高值；V为碳纤维布受剪系数；t为包裹的碳纤维厚度；fCFS为碳纤维的极限抗拉强度；h₀为混凝土截面有效高度。该KZ3未加固时的抗剪承载力为645KN,按包裹3层碳纤维进行抗剪承载力提高值计算后，抗剪承载力提高值为197KN，则加固后总承载力为842KN，符合柱抗剪承载力要求。

3、钢筋混凝土柱碳纤维加固补强施工

（1）原材料检验

该工程钢筋混凝土柱碳纤维加固材料采用单向碳纤维布环氧复合材料，碳纤维布、碳纤维浸渍胶具有出厂合格证，质量证明文件、检验报告等，经现场证取样后送第三方检测机构检测后，碳纤维布、碳纤维浸渍胶检测结果如下：

碳纤维布检测指标

碳纤维浸渍胶检测指标

（2）施工工序与质量管控

①结构表面处理

本工程中对柱混凝土表面出现的剥落、蜂窝等劣化现象部位进行凿除，对面积大的劣质层在凿除后用聚合物水泥砂浆修复；对混凝土表面裂缝进行封闭处理；采用找平树脂（主剂和固化剂组成），按1:1混合，用刮刀或刷子涂抹在不平整的柱表面，填平不平整处。涂刷找平胶时，如砼柱表面有水，则不能施工，同时应避免阴雨天施工，湿度太大会导致胶料与水气产生作用，对胶料粘接与硬化产生不好的影响。环境温度越高，找平树脂固化速度越快，可操作时间越短，所以一次配胶数量控制在0.5kg为宜，柱表面找平处理工序质量是验收的重要环节，如表面找平胶施工质量不好，有凹陷现象，碳纤维布施工时就会产生空鼓现象，所以在柱表面找平胶料施工后，做到砼柱表面处理后用平整、无剥落、裂缝等劣化和损伤现象，且应清洁干燥无油污，拐角粘贴处倒角圆弧半径应大于10mm,小于20mm。经现场监理工程师验收合格后，才能进入下道工序施工。

②底层胶料配制

底层胶料由主剂和固化剂组成，按比例进行混合，底层胶料用量为0.3kg/ m²,一次搅拌量为1-2kg为宜，操作时间与环境温度有关，温度越高可操作时间越短，常温（25°C）时，操作时间应控制在60min之内，底胶用滚筒型毛刷均匀涂在柱粘贴面上，待指触干燥后，即可进入下道工序施工。

③碳纤维布粘贴加固

裁剪碳纤维布：将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，纤维布在纵向搭接时，搭接长度须在15cm以上，切口要整齐，切口与碳纤维布横向编织丝重合时，应将切口适当平移，否则碳丝散开影响施工质量。

配制胶料：浸渍胶料由主剂和硬化剂组成，按比例配制，称量搅拌均匀，由于浸渍胶料的有效操作时间与环境温度有关，所以每次配制的量需在可使用时间内用完。

涂刷第一层浸渍胶料：胶料用滚筒毛刷进行涂抹，并用橡胶刮均匀抹平，胶料的用量视砼表面状况斟酌使用，胶层厚度应满足设计要求，在搭接、拐角等细节部位处要涂抹均匀饱满，避免胶料涂抹过量导致碳纤维布滑移或扭曲，或胶料不足导致含浸不足，影响碳纤维布粘贴。

粘贴第一层碳纤维布：将预先剪裁好的碳纤维布铺贴在涂有浸渍胶的砼柱面，边铺边用滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，去除气泡，贴平贴片，在整段碳纤维布完全贴合到砼柱表面后，再用脱泡滚筒反复碾压，使碳纤维布充分含浸胶料，除去纤维丝间的空气，如贴合的碳纤维布表面呈现明显的扭曲、起邹和隆起，则须将纤维布揭起重铺。

涂刷第二层浸渍胶料：碳纤维布浸透铺贴平整后，需再涂一层浸渍胶料，用橡胶刮板、脱泡滚筒等重复涂刷第一层浸渍胶料的步骤进行涂刷，对浸渍胶浸透的部位要加强碾压，务必使碳纤维布完全含浸，浸透程度达到指触有湿感。

粘贴第二层碳纤维布、涂刷第三层浸渍胶料，粘贴第三层碳纤维布均是重复以上工序操作步骤，每道工序结束后均应按验收标准进行检查，做好相关的验收记录，不符合要求的立即返工，确保施工质量。

防护和整饰：在加固碳纤维布面需进行外表面防护，在加固碳纤维布面涂抹防火涂料，或采用刷防腐材料进行防腐处理。

三、实施效果体现

通过碳纤维加固法在本工程钢筋混凝土柱补强中的实际运用，达到了结构补强加固的效果，施工周期短，噪音和灰尘污染小，提高了结构承载能力和抗震性能，带来了良好的经济效益和社会效益。

四、结语

通过在本工程的实践工作，为确保碳纤维加固法结构补强的施工质量，需在以下几个方面加强管控。

1、从材料的质量管控入手。除要求生产厂家提供碳纤维布、浸渍胶料的出厂合格证、产品检验报告等证明文件外，要对进场材料进行现场见证取样后送检，对碳纤维布的抗拉强度、伸长率，对胶料的胶体性能，粘接能力等要严格检验把关，确保进场材料的产品质量。

2、做好充分的施工准备工作。在碳纤维加固结构补强施工前应对施工图进行核对，根据构件尺寸进行放样，对结构面处理、配制涂刷胶料、粘贴碳纤维布等提前做好施工人员的施工技术交底和安全施工交底工作，规范人员施工行为，确保施工质量。

3、 现场施工工序衔接安排合理。在施工中须强化工序施工质量,每道工序完成验收合格后方可进行下道的工序施工，合理安排工序搭接，协调处理好施工中的交叉作业，做好工序之间的交接检查记录，办理相关验收移交手续，以确保下道工序施工的顺利进行。

4、严格施工质量控制。把施工质量预控与施工过程控制相结合进行施工管控。有预见性的把可能发生的质量问题，提前采取施工预防措施，可有效避免实施过程中的问题返工和质量缺陷。做好施工过程的质量控制，发现问题及时处理，不留隐患，确保工程施工质量达到结构加固补强要求。

参考文献：

（1）《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》 CECS146 2003 中国计划出版社

（2）《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006

（3）《混凝土结构工程施工质量验收规范》 GB50204-2002 中国建筑工业出版社

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