维普资讯 http://www.cqvip.com ２ ０ ０ ７年９月 第３３卷第２７期 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ（ ＵＲＥ Ｖ０１．３３Ｎｏ．２７ Ｓｅｐ．２００７ ・１５１・ 文章编号：１００９．６８２５｛２００７）２７．０１５１—０２ 碳纤维加固技术在工程中的应用 张巍 周胜 李平 摘要：结合工程实例，针对改造后使用过程中部分梁、板构件出现的开裂现象，分析了裂缝形成的原因，提出采用碳纤 维技术进行修复加固的维修方案，并详细阐述了其施工步骤及要点，以推广碳纤维技术的应用。 关键词：碳纤维材料，加固技术，裂缝 中图分类号：ＴＵ７４６．３ 文献标识码：Ａ 引言 再次进行改造，在改造后的使用过程中发现部分梁、板构件有开 碳纤维增强聚合物（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ，简称 裂现象。ＣＦＲＰ）是将聚丙烯腈（ＰＡＮ）、人造丝、石油或煤树脂、酚树脂等原 ２裂缝形成原因分析 料纺成的丝，在非活性气体中加热至２ ０００℃～３ ０００℃高温烧 制，碳素化制成的一种柔性纤维布。 为确保建筑的安全运行，中建五局建筑测试中心受委托采用 回弹法进行混凝土抗压强度测试，并通过钻取混凝土芯样对回弹 ＣＦＲＰ的抗拉强度为２ ５００ ＭＰａ～３ ５００ ＭＶａ，弹性模量为 测试结果进行了修正，对开裂构件的裂缝宽度和分布以及结构构 ２．３５×１０ －－５．０×１０ ，比重为１．８ ｇ／ｃｍ３。由于ＣＦＲＰ具有高强、 件中的钢筋保护层厚度进行观测，见表１。经检测分析，认为裂缝 高弹性、重量轻及易施工和耐腐蚀性好等特点，自２０世纪８０年 形成主要有以下原因。表１开裂构件检测结果 代以来，世界各国对ＣＦＲＰ材料进行了大量的研究，并取得了许 构件位置 效应 抗力 多非常有价值的成果。 抗力臌应 Ｍ Ｖ 碳纤维加固技术是利用碳纤维极强的抗拉性能，用专门的粘 Ｍ／ｋＮ・ｍ Ｖ／ｋＮ Ｍ／ｋＮ・ｍ Ｖ／ｋＮ 结剂（通常为树脂），按照一定的工序将碳纤维布粘贴在梁、柱、板 的表面，使上述构件在承受超负荷时的变形约束在一个有限的范 围内，从而使结构体系不至于破坏的技术方法。这一技术在已有 １５层ＫＬ２ １５层ＫＬ＿３ １５层ＫＬ１ １５层板 ２０９．４ ２０９．４ １９２．２４ Ｘ：３７．６５ ｙ：３１ ０２ ３２９．９５ ３２９ ９５ ３２０．４ １９６ ７５ １９６．７５ ３３６．４６ Ｘ：１９．７７ ｙ：１８ ５９ ２６９．３１ ２８６．１５ ３３４ ５３ ０ ９４ ０．９４ １ ７５ ０．５３ ０．６０ ０．８２ ０．８８ １．０４ 的结构由于材料老化、环境侵蚀、设计不合理、施工出错、功能要 求改变、灾害性作用、设计标准的提高等原因出现的需要补强等 情况下应用相当普遍。 ２．１设计原因 由于该高层结构的部分构件的配筋设计中计算方法有误，未 严格按照《高层建筑混凝土结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》 等相应的规定和理论进行设计，致使该建筑配筋不足。 ２．２施工原因 １工程概况 长沙市某酒店主体结构建于１９８７年，后期经改建增设裙楼， 按７度设防设计，主体结构的基础形式为箱形基础，上部为框 架一剪力墙结构体系，共１７层，建筑高度为６１．４ ｍ，２００４年对其 ３）不要使钢轨发蓝。 浇筑自动进行，小型轻便的辅助机具使焊接操作简便易行，劳动 强度大大减轻。 ２）高质量、美观的焊头。铝热焊接后的完美冶金结构，确保 了微观力学特性曲线达到最高级的各项同性性能。更多稳定的 残余成分和分流塞的玻璃化使焊头中的金属夹杂大大降低。 ３）高稳定性和一致性。ＱＰＣＪ铝热焊接工艺特殊的热隔离结 构可以提供热平衡的高稳定性和一致性。特别的焊剂以及稳定 的浇筑温度，使焊接的高质量指标得以保障。 ４．８收尾工作 检查焊接的接头，做好焊接记录并贴上标记，将轨道恢复至 标准状态，清理焊接现场，撤销轨道防护措施。 ５施工体会 在某工程轨道连接施工中，共采用铝热焊连接共８５０个，主 要有以下优点： １）经济、省时。铝热焊现场焊接时设备简单，携带方便，便于 操作。焊接时无需对坩埚进行清洁和预热，坩埚底部的自熔塞使 Ｏｎ ＱＰＣＪ ａｌｕｍｉｎｏｔｈｅｒｍｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｒａｉｌ ＴＡＮＧＸｉａｏ－ｍｅｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ ｓｔｅｅｌ ｒａｉｌ ａｌｕｍｉｎｏｔｈｅｒｍｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｒａｐｉｄ ｗａｒｍ－ｕｐ ＱＰ十ＣＪ ｗｅｌｉｎｇ ｔｄｅｃｈｎｏｌｃＮｙ ｆｒｏｍ ｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙ ｗｏｒｋ ｂｅｆｏｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｉｔｅ ｐｒｅｐａｒａｔｏｒｙ ｗｏｒｋ ａｎｄ ｓｉｔｅ ｗｅｌｉｎｇ，ｉｄｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｔｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｎｅ－ｏｆｆ ｃｒｕｃｉｂｌｅ ｄｉｓｃｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｉｓ ｔｃｈｎｄｏｇｙ ｅｗｏｎ’ｔ ｃａｕｓｅ ｎｙ ａａｄｖｅｒｓｅ ｉｍｐａｃｔｓ ｏｎ ｅｃｏｌｏ￣ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｎｄ ａｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｄｏｇｙ ｈａｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ ｓａｆｅ ｎｄ ａｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｅｌｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｄｅｌ ｒａｉｌ，ｃｒｕｃｉｂｌｅ，ｗｅｌｄｉｇ ｔｅｃｈｎｏｌｎｏｇｙ，ｑｕａｌｉｔｙ 收稿１３期：２００７—０３－２３ 作者简介：张巍（１９７６一），男，工程师，中建五局，湖南长沙周４１０００４ ４１０１３８ 胜（１９７３一），男，工程师，长沙市建筑安装工程公司，湖南长沙李平（１９７２一），男，硕士，工程师，湖南交通职业技术学院，湖南长沙４１０００４ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ １５２ ・ ２￣ｇ ０３ ３＠萎２０ ７ ９年 月 ７智 ． ． 山 西 建 筑 ’１）混凝土抗压强度平均值为２３．３ ＳＰａ，标准差为４．１２ ＳＰａ， 平胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一 方可再进行下一道工序。 变异系数为０．１９３，混凝土抗压强度推定值为１６．１ ＳＰａ，未达到 般不小于２ ｈ），４）粘贴碳纤维。按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布。 设计强度Ｃ２５要求。２）钢筋保护层厚度平均为２．０ ｃｒｌｆ，未能达到 设计的保护层厚度，构件容易开裂。３）经改造后，改变了建筑的 配置、搅拌粘贴胶料，然后用毛刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接 使用功能，承受的荷载增大。 拐角部位适当多涂抹一些。碳纤维布沿受力方向的搭接长度不 应小于１００／ＴＩＩ／１，各层搭接位置应相互错开，用塑料刮子在碳纤维 ３裂缝的维修 ３．１ 方案比选 布表面沿同一方向反复排压至胶料渗出碳纤维表面，以去除气 使碳纤维布充分浸润胶料。多层粘贴应重复以上步骤，待碳 针对上述裂缝状态及裂缝形成原因，对以下三种修复加固方 泡，纤维表面指触感干燥为宜，然后进行下一层碳纤维布的粘贴。在 案进行比选： 必要时 １）拆除重建：拆除开裂构件重建，必然对临近构件产生一定 最外层碳纤维布的表面均匀涂抹一层粘贴胶料进行防护，可点粘豆砂，待固化后抹防护砂浆。除非特殊要求，碳纤维布长度 的损坏，且工期长，耗费大。 ２）钢板加固：该方法在以往的建筑结构和桥涵裂缝修补中用 得比较多，施工方法及工艺相对比较成熟，但施工相对比较复杂， 成本较高，且整体钢板加固结合不好，外观上也不美观。 一般应在３ Ｆｆｔ之内。此外，碳纤维端部固定采用横向碳纤维固定。 ５）碳纤维补强后的养护。施工完成２４ ｈ内防止雨淋或受潮， 并注意保护，防止硬物碰伤施工表面。平均气温为２０℃～２５℃ ３）碳纤维加固：它利用碳纤维片材（碳纤维布或碳纤维板）通 时，固化时间不得少于２ ｄ。６）ＪＪ［１固效果检验。碳纤维材料的实际粘贴面积不应少于设 过配套树脂类粘结材料粘结于构件表面，使碳纤维片材承受拉应 ０ ｍｉｌｌ，碳纤维材料与混凝土之问的 力，并与混凝土变形协调，共同受力，从而增加构件的承载能力。 计面积，位置偏差不应大于１由于碳纤维的抗拉强度很大（碳纤维布的抗拉强度不小于 粘结质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维材料表面的方法检 总有效面积不应低于９５％。当碳纤维的空鼓面积不大于 ３ ０００ ＳＰａ，碳纤维板的抗拉强度不小于２ ０００ ＳＰａ），因此能大大 查，ｍ２时，可采用针管注胶进行修补，当空鼓大于１００ ｃｍ２时， 提高构件的承载能力。该方法施工工艺简单，与构件的结合好， １００ ｃ而且外观上也比较美观。碳纤维加固该工程所用材料见表２。 表２碳纤维加固该工程所用材料表 单项工程 １５层顶ＫＬ１ 宜将空鼓部位的碳纤维材料切除，重新搭接等量的碳纤维材料， 其搭接长度不应小于１００ ＩＴＩＩＴＩ。必要时可采用正拉试验对施工质 量进行现场抽样检验。 尺寸／ｍｍ×ｎＲｉｎ ６０ｏｘ１５０ 数量绦 １８×２×３ ７）粉刷。在碳纤维材料表面粘石英砂子后，采用聚合物加水 泥浆粉刷。 １５层顶ＫＬ．２ １５层顶ＫＬ３ 压条１ ５０ｏ×１５０ ５０ｏ×１５０ １ ９０Ｏｘ１５０ １８×２×３ １８×２×３ ４ｘ ３ ３．３施工注意事项 １）碳纤维材料为导电材料，施工时应远离电气设备及电源， 远离火 经过比较分析，决定采用碳纤维技术来修复加固该工程的开 或采取可靠的防护措施。２）配套树脂的原料应密封储存，源，避免阳光直接照射。３）树脂的配制和使用场所应保持通风良 裂构件。 压条２ ２ ０ｏ０×１５０ ２×３ ３．２施工步骤及要点 劣化现象的部位先予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应 好。４）现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。 １）基底处理。对于混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等 ４结语 按照上述加固方案，对该工程的混凝土梁板进行了加固处 用环氧砂浆进行修复。对于存在裂缝的部位应首先进行封闭处 理，从加固竣工１年后的使用及观测情况显示，没有发现新的裂 理，然后用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油 缝出现，加固设计及施工质量良好。表明了碳纤维材料用于混凝 污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部 土结构的加固能达到应有的效果，且碳纤维材料重量轻，施工不 位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（Ｒ≥ 需要任何大型的设备，对于建筑使用净高也无任何影响，与其他 １０ ＩＴＩＩＴＩ）。用吹风机将混凝土表面清理，并用丙酮擦拭干净，保持 的加固方法如粘钢或将梁加高相比，施工方便，进度快，适用范围 干燥。 广，是目前较理想的一种结构加固方法。随着建筑技术的不断进 ２）涂抹底胶。施工时，按主剂：固化剂＝１００：３５的比例将主 步，碳纤维技术应用有着更广泛的发展前景。 剂与固化剂先后置于清洁的容器中，用弹簧秤计量，根据现场实 参考文献： 际气温决定用量并严格控制使用时间。一般情况下１ ｈ内用完。 ［１］ＣＥＣＳ １４６：２００３，碳纤维片材加固混凝土结构技术规程［Ｓ］． 用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后（固化时间 ［２］ＧＢ ５００１０—２００２，混凝土结构设计规范［Ｓ］． 视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。一般 ［３］赵志刚．碳纤维片材加固钢筋混凝土梁施工技术应用［Ｊ］．交 固化时间为１ ｄ。 通技术，２００５（９）：１４ １５． ３）找平胶施工。对于混凝土表面凹陷部位应用找平胶填平， ［４］崔朝栋．用碳素纤维作抗震加固材料的施工方法［Ｊ］．施工技 模板接头等出现高度差的部位应用找平胶填补，尽量减小高度差。 术．１９８９（６）：８８—９０． 转角处也应用找平胶修补成光滑的圆弧，半径不小于１０ ｉｎｒｆｌ。找 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｉｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｓｋｉｌｌ ｉｎ ｐｒｏｊｅｃｔ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ ＺＨＯＵ Ｓｈｅｎｇ ＬＩ ＰｉＩｌｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｅｔ，ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｆｏｒｍｉｎｇ ｒｅａｓｏｎｓ ｏｆ ｃｒａｃｋｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔＯ ｃｒａｃｓ ｋｈａｐｐｅｎｅｄ ｉｎ ｐａｒｔ ｐｉｌｅ ｃｏｍｐｏ— ｎｅｎｔｓ ａｆｔｅｒ ｒｅｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｂｒｉｎｇｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｒｅｐａｉｒｉｇ ｐｌａｎ ｎｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｉｃ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ ｓｋｉｌｌ，ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｉｔｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ａｎｄ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔｓ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔＯ ｓｐｒｅａｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｉｃ ｓｋｉｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｉｃ ｒｎａｔｅｒｉａｌ，ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｇ ｓｋｉｎｌｌ，ｃｒａｃｋｓ