黄 峰

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于20世纪80年代美、日等发达国家。随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，碳纤维加固技术的研究和应用有了长足的进步。

碳纤维加固技术是指将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料(单向连续纤维)，然后用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。

碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料而备受青睐和关注。

1 工程概况

某别墅住宅二层梁板结构设计图中，Ⓒ轴交⑤轴～⑥轴位置设梁L202，规格200 mm×500 mm，梁面标高3.450 m，梁底标高2.950 m，低于板底标高100 mm(板厚 100 mm)。因现场使用要求，梁L202的底部必须与板底做平。初步方案为凿除梁L202底部100 mm，割除梁底部主筋，然后对影响区域的板梁结构进行加固处理。经对粘钢加固、碳纤维布粘贴加固、碳纤维板粘贴加固等多种加固方法进行分析比较后，并结合本工程需加固别墅栋号多、工程量大等实际情况，最终采用了使用碳纤维布粘贴进行梁板结构加固的方案。

2 加固方案

1)加固范围的确定。梁L202受拉主筋凿除后，梁自重、梁上外墙(包括内外装饰)自重、板重以及楼面活载均由板底铺设的碳纤维布承担。由局部荷载影响范围的规定，结合实际经验，最终选定⑤轴～⑥轴交Ⓑ轴～Ⓓ轴区域楼板结构进行加固。

2)计算过程。本工程加固材料采用300 g高强度Ⅱ级单向碳纤维布，厚度0.167 mm，按重要构件考虑，抗拉强度设计值取ff=1 400 MPa，弹性模量设计值取 Ef=2.0×105M Pa，拉应变设计值取εf=0.007。

加固后的梁板结构按矩形截面受弯构件考虑，其受拉边混凝土边缘粘贴碳纤维加固材料。原楼板正弯矩筋因梁底筋凿除可不计。加固后的复合构件承担的荷载见表1。

表1 复合构件荷载 kN/m2

复合构件按弹性方法计算。经计算，每延米弯矩设计值M=20.57 kN◦m。

由构件正截面承载力公式:

可求得混凝土受压区高度 x，将 x代入式(2):

考虑强度适当折减，实际加固方案为在板底粘贴双层500 mm宽碳纤维，中心间距400 mm，实际采用的有效截面面积为 Af=1 200 mm2。

3 施工方案

3.1 胶粘剂的配制

1)将原材料按不同配合比准确称量，分别配制底涂胶料、整平胶料及粘结胶料。先将稀释剂加入聚合物主料内搅拌均匀，再将填料加入继续搅拌至均匀，最后加入固化剂，充分搅拌后即可使用。2)配制胶料时应注意底涂胶料每次配制量以1 kg～2 kg为宜;整平胶料每次配制量以0.5 kg～1 kg为宜;粘结胶料每次配制量以1 kg～2 kg为宜。3)所有胶料要求于1 h内施工完毕。

3.2 基底处理

1)混凝土表面出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。2)裂缝部位如有必要应先进行封闭处理。3)用混凝土绞磨机、砂轮(砂纸)等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≤10 mm)。4)用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。

3.3 涂底胶

1)按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。2)用滚筒刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4 mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，待胶固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2 h)，再进行下一道工序。

3.4 粘贴碳纤维布

1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度应在3 m以内。2)配制、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。3)用特制光滑滚子在碳纤维表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面指触感干燥为宜，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。4)在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。

4 质量保证措施

1)混凝土应振捣密实，面层平整，砂浆拌制严格按照设计配比，杜绝偷工减料现象的发生。2)碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100 mm。粘贴碳纤维布应尽量避开障碍物，如遇无法清除的障碍物而需截断时，在截断部位要予以适当处理，具体措施应视不同情况而定。3)每一道工序结束后均应按工艺要求进行检验，做好相关的验收记录，施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回声来判断粘结效果，如出现质量问题，应立即返工。4)若出现空鼓等粘贴不密实现象，应采取针管注胶的方法进行补救。若粘结面积小于90%，则判定为粘结无效，需重新施工。

5 结语

碳纤维加固技术经过数十年的发展已逐步成熟。碳纤维加固法在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。采用碳纤维加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。碳纤维加固技术已在混凝土结构抗震修复加固补强工程中得到广泛的应用。

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