碳纖維復合材料在混凝土結構加固中的技術探討 zund G3 XL-1600-composite台中雷射切割雕刻代工 @ 張玉依焦點新聞熱搜

　　摘　要：本文介紹了某公司廠房混凝土框架結構碳纖維復合材料加固的實例，從方案的選擇、計算方法、加固的施工工藝和施工后的效果等幾方面作了分析論證。通過論證說明該加固項目所采用的碳纖維復合材料加固處理方案具有施工周期短、施工簡便、自重輕、加固效果好等優點，所采用的加固處理方案是成功的，對今后該地區類似此工程的加固處理問題具有實際的借鑒和參考價值。
　　關鍵字：碳纖維復合材料;裂縫;腐蝕;抗彎加固;抗剪加固;抗震加固;粘貼
　　一、工程概況。某公司過濾車間廠房，始建于1981年，為3層鋼筋混凝土框架結構。由于使用年限過長,混凝土構件出現表面開裂現象，曾用環氧砂漿修補過。但近年來逐漸發現其梁、柱均發生了不同程度的損傷，梁、柱上裂縫明顯，許多裂縫寬度較大。此外，還發現梁、柱上多處鋼筋暴露且銹蝕嚴重。
　　二、檢測與計算結果分析
　　1、檢測結果。通過檢測和檢查發現，混凝土框架梁、柱現有強度為C25；混凝土碳化深度在25mm左右，已碳化至梁柱主筋；有部分柱混凝土保護層順筋裂縫較寬，鋼筋暴露且銹蝕嚴重，鋼筋銹蝕后斷面面積損失率約為8%；有部分梁混凝土保護層順筋裂縫較寬，鋼筋暴露且銹蝕嚴重，鋼筋銹蝕后斷面面積損失約為9%。
　　2、計算結果。荷載由原有設計院提供，其它荷載值按照現行規范，利用PKPM結構計算軟件計算結果表明，廠房第3層中間跨梁支座處負彎矩強度不夠；柱抗彎及抗剪承載力不夠，且不能滿足現有抗震規范要求；框架梁的撓度可以滿足現行規范要求；框架梁的裂縫寬度不能滿足現行要求。
　　3、分析與結論。此廠房長期處于震動和污染環境，混凝土腐蝕開裂較快。當混凝土裂縫至鋼筋后，混凝土保護層失去作用，鋼筋逐漸銹蝕。鋼筋銹蝕到一定程度，混凝土保護層順筋開裂，甚至導致混凝土保護層局部脫落，鋼筋外露，給框架結構造成很大的危害。
　　通過上述分析可以得出該結構主要存在兩大問題：一是部分構件承載力不能滿足現行規范要求；二是腐蝕問題影響了結構的耐久性。針對這個問題，需對結構進行補強加固和修補。
　　三、加固方案選擇
　　根據計算及檢測結果，初步擬定加固方案有加大截面法、外包鋼套法及外貼碳纖維復合材料加固法。
　　加大截面法自重增加較大，如采用這種方法還需要加固基礎，對原結構影響較大，施工周期長。考慮到廠方要求加固施工過程中不能停產，故首先排除這種方法。
　　外包鋼套法取材方便，成本較低，施工簡單，但現場條件復雜，施工作業困難，而且該廠房處于腐蝕環境中。所以該方法也被排除掉，只能尋求耐腐蝕性強、施工簡便的加固方法。
　　碳纖維復合材料是由環氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個優點：a、強度高（強度約為普通鋼材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性；c、自重輕（約200g/m2），基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣；d、施工簡便（不需大型施工機構及周轉材料），易于操作，經濟性好；e、施工工期短；f、用于補強加固時對原結構幾乎沒有影響，加固修補效果及耐久性好，可以大大提高被加固構件的抗彎、剪、扭、拉承載力和抗震性能，增強構件的延性和剛度，改善構件的受力性能等。
　　經過分析比較，終確定利用碳纖維復合材料加固補強方案，方案如下：
　　⑴柱：所有柱均需抗彎、抗剪及抗震加固。
　　①抗彎加固：沿柱的主軸方向粘貼玻璃纖維布，提高其抗彎能力。②抗剪加固：沿柱主軸垂直方向粘貼玻璃纖維布，由玻璃纖維布與柱箍筋共同承擔剪力，提高其抗剪能力。③抗震加固：在柱端一定長度范圍內，沿柱主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布；在梁柱節點處，除沿柱主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布外，再附加交叉方向的玻璃纖維布。
　　⑵梁：局部梁支座及跨中處需進行抗彎加固，所有梁需進行抗震加固。
　　①抗彎加固：沿梁的主軸方向粘貼玻璃纖維布，提高其抗彎能力。②抗震加固：在梁端一定長度范圍內，沿梁主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布。
　　 四、材料選擇。根據材料各種性能比較，本次結構補強采用CFRP及粘貼結構膠YZJ，其性能見表1、表2。
　　表1結構加固修補用碳纖維材料L300-C主要性能指標
　　表2粘貼CFRP用長江牌（YZJ）建筑結構膠力學性能
　　五、計算方法
　　1、加固構件抗彎計算
　　由文獻[4]得到的鋼筋直徑損失與順筋裂縫之間的關系公式（構件中鋼筋平均直徑16�）。
　　△D=645.71*W+56.2（1）
　　式中，△D--鋼筋直徑損失（μm）；W--裂縫寬度（�）
　　根據文獻[3]中，鋼筋截面損失率與構件承載力降低之間的關系，可推得到以下鋼筋截面損失率與構件承載力降低公式：
　　六、施工方法
　　基本施工步驟（如圖1）：
　　1、基底處理
　　a混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復,對裂縫進行封堵和灌縫處理,將表面疏松混凝土予以清除，并用環氧砂漿修補平整。
　　b混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。
　　c風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。
　　2、涂底膠
　　a將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌。根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20-50mim內用完。
　　b將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為6-24h。
　　3、找平
　　a混凝土表面凹陷部位應用修補劑填平，模板接頭等出現高度差的部位應用修補劑填補，盡量減小高度差。
　　b轉角處也應用修補劑修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待修補劑表面指觸干燥后方可進行下一步工序。
　　4、粘貼
　　a按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。
　　b調配、攪拌粘貼材料粘結劑（使用方法與底膠相同），然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現漏刷現象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。
　　c粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結膠充分浸透碳纖維布；并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。多層粘貼應重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。
　　d在碳纖維布的表面均勻涂抹粘結膠。用工具反復沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。
　　e在后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結膠。用工具反復沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。
　　f碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm,各條帶搭接位置應相互錯開。
　　5、保護
　　a加固后的碳纖維布表面采用抹灰或噴防火涂料進行保護。
　　6、質量要求
　　a每一道工序結束后均應按工藝要求進行檢查，并做好相關的驗收記錄，如出現質量問題，應立即返工。
　　b施工結束后的現場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結質量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回音判斷粘結效果。如出現空鼓等粘貼不密實的現象，應采用針管注粘結膠的方法進行補救。粘結面積若少于90%則判定粘結無效，需重新施工。
　　c嚴格控制施工現場的溫度和濕度。施工溫度在5－35℃范圍內，相對濕度不大于70%。
　　七、施工效果
　　本工程施工工期20天，加固修復后投入使用一年，加固效果良好，沒有出現任何質量問題。
　　結束語
　　通過本工程實踐證明，碳纖維復合材料加固技術對于混凝土結構及構件的補強加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，該技術在施工工期、材料耐久性、施工質量等方面均達到了要求，其綜合經濟效益和社會效益良好，具有較大的推廣使用價值。

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