高层建筑工程中的碳纤维加固施工技术探讨

　　摘要：中国建筑市场巨大,大量的建筑物如房屋等混凝土结构占有非常的大的比重,在施工中不可避免会出现质量问题，经常需要对已有建筑物进行维修、加固。实践证明，应用碳纤维材料对混凝土结构进行加固，是一种有较高技术含量的、全新的建筑结构加固方法。碳纤维具有强度高、自重轻、施工方便、快捷、应用广泛等优良性能，因而利用碳纤维布加固钢筋混凝土构件以提高承载力及延长寿命是目前比较流行的方法，在建筑业中有着广泛的发展前景。本文结合高层建筑工程实例对粘贴碳纤维布加固方法进行探讨。

　　关键词：高层建筑,混凝土工程,粘贴碳纤维布,加固,施工技术

　　前言

　　自20世纪80年代以来，越来越多的结构物因设计不当、构造不合理、非正常使用、使用功能的改变以及一些自然灾害和突发事故的影响，相继出现不同程度的破坏。此外，由于对国家现行标准、规范的修订和完善，导致原结构无法满足现行规范的要求，若需继续使用该建筑，就需要对其进行维修、加固和改造，以保证建筑物的安全性。随着建筑行业的发展，加固改造已成为我国基础设施的建设的重点，由此也推动了加固技术的发展。20世纪后期，纤维类材料应用于建筑领域，在众多高科技纤维材料中，碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟，也是用量最大的一种高科技材料。

　　一、工程概况

　　本工程为高层商业住宅楼，该建筑为19层板式结构建筑，1-3层为大开间商业区，4-19层为住宅区，住宅全部为纯复式结构，户型为5.2米挑高设计。因需要改变1-3层的使用功能，在1-3层增设了部分混凝土砌块墙体，由此导致上部荷载明显增加且分布不均匀，经抗震验算得，部分梁不满足承载力设计要求，故采用碳纤维加固方法对该部分梁进行加固。

　　二、碳纤维布加固设计

　　《混凝土结构加固规范》GB50367中指出，应用于实际工程中的加固技术方法有以下几种：增大截面加固法、置换混凝土加固法、外加预应力加固法、外粘型钢加固法、粘贴纤维复合材料加固法、粘贴钢板、增设支点、植筋技术、锚栓技术、裂缝修补技术。与传统的加固方法相比，粘贴碳纤维加固方法具有其自身的优越性，并广泛应用于实际工程中。粘结纤维布示意图见图1。

　　碳纤维布是一种柔性材料，很薄，质量轻，方便裁剪， 抗拉强度高，可达到在基本不改变结构体积及自重的情况下加固结构体，改变结构的受力性能。在加固使用过程中，可增强加固构件的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风等性能，从而提高结构和构件的承载力。此外，粘贴碳纤维材料加固混凝土技术的施工工序简单、便捷，施工时方便运输和搬运，工种少，工期短，进度快等优点。加固梁、板等构件时，碳纤维布本身无需处理，只需要将梁、板表面需粘贴部位打磨平整，再使用胶粘剂粘结即可。可在同一个部位多层粘贴碳纤维布，用以满足补强要求。同时有工程实例证明：在持续有震动交通的情况下采用了粘贴碳纤维材料加固技术的工程，加固后检测结果表明，震动不会影响加固后的工程质量。

　　与同样属于纤维复合材料的板材相比，二者的力学性能较相似，都可以不同程度的起到抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳作用，但主要的区别在于二者的施工工艺和配套的胶粘剂有所不同。板材胶粘剂采用的是固体胶粘剂，而纤维布采用的是液态的，相比较而言，碳板具有一定的刚性，在粘贴过程中需要在底部有所支撑或约束，否则就无法很牢固的粘贴于被加固构件的表面，这样一来，就需要消耗大量的人力物力，导致施工复杂。因此，对于粘贴纤维复合材料加固方法，碳纤维布就自然而然的被大家认可并广泛应用。

　　此外，还应注意的是，对于纤维布的液态胶粘剂，能否保证碳纤维布与被加固构件表面很好的粘结并共同工作，也是在加固过程中不容忽略的关键因素。粘结材料一般分为：①底层涂料(底涂胶);②平整材料(找平胶);③浸渍树脂(粘贴胶);④防护材料(罩面胶);粘贴前将构件表面经打磨、清洗除去表层油污等杂质，先涂上一层很薄的底层胶，提高二者的粘结性能;再使用找平胶对构件表面进行找平处理，接下来用浸渍树脂将碳纤维布粘贴于混凝土构件表面，把碳纤维布与混凝土碾压成一个整体。粘贴完碳纤维布之后，一般会在碳纤维布表面涂抹其他的防护材料，即罩面胶，是为了保护碳纤维布及施工美观。

　　本工程对1-3 层承载力不满足的部分梁采用粘贴碳纤维布的加固方法，该结构是对称结构，故取一半，底层碳纤维布加固平面图见图2。以加固框梁1(JGKL1)为例，加固梁的做法说明见表1;梁底及梁面支座处加固做法示意图分别见图3 和图4。

　　根据设计院提供的增加荷载前、后梁钢筋配筋面积计算书进行钢筋与碳纤维布等强代换。碳纤维布宽度(mm)=1.4×(增加荷载后配筋面积-增加荷载前配筋面积)×360/(3200×0.167)。其中，1.4为代换系数，360为钢筋抗拉强度，3200为碳纤维布抗拉强度，0.167为碳纤维布厚度。计算结果见下表2：

　　表2 碳纤维布计算表

　　三、结束语

　　1)由于碳纤维材料不得长期处于高于60℃的环境中，因此在特殊的环境(如高温等)下的混凝土工程采用此方法加固时，应遵守国家有关标准的规定,并采取相应的防护措施;

　　2)由于胶结材料是影响加固质量和效果的关键因素，因此必须严格控制粘贴用胶结材料的配合比;而且在粘贴碳纤维布的过程中会产生气泡，要求均匀涂抹胶粘剂，以防粘贴过程中形成空洞或脱胶，以至于加固完成后在结构使用过程中出现应力集中现象，影响到加固效果。

　　3)在碳纤维布加固混凝土结构补强施工工艺中，需要充分考虑各层胶之间相容性和粘结性，保证胶粘剂达到最理想的粘结状态。

　　4)粘贴碳纤维布加固方法，虽然有很多优点，但也存在一定的缺陷。因此，随着建筑行业和现代科学技术的飞速发展，更高性能的新型补强材料有待应用到建筑行业，以此达到更好的加固效果。

《高层建筑工程中的碳纤维加固施工技术探讨》

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