碳纖維加固混凝土在工程建筑中的應(yīng)用
2015-05-20
在投入使用后的建筑工程，使得建筑物會因為各種各樣的因素均要進行修復(fù)與加固。以體積預(yù)加法、鋼筋混凝土增厚發(fā)、粘鋼法等手段為主，在傳統(tǒng)的加固修復(fù)技術(shù)中，而碳纖維加固技術(shù)逐步加入到建筑工程的加固修復(fù)的隊伍中來，隨著碳纖維加固技術(shù)的成熟。因為碳纖維復(fù)合材料高強度、耐腐蝕、耐久性好、密度小等特點，它在各種各樣的惡劣環(huán)境能夠適應(yīng)。也廣泛開始在國內(nèi)使用這種材料進行加固混凝土。目前，國內(nèi)市場上主要分為織物和板材兩種類型的碳纖維復(fù)合材料。
一、碳纖維加固混凝土的特性
碳纖維材料加固技術(shù)混凝土構(gòu)件，是指在混凝土結(jié)構(gòu)的外面將碳纖維材料片粘貼運用樹脂粘接劑，通過兩者之間的協(xié)同作用，形成一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，是一種提高混凝土結(jié)構(gòu)的延展性和承載力的加固修復(fù)技術(shù)。它的主要特點包括以下幾點：
?。ㄒ唬⒛軌蚬?jié)約成本，施工方便快捷，施工的安全程度得到提高。這主要是由于碳纖維材料它的密度只有普通鋼材的 25%，它的密度很低，要遠低于普通鋼材碳纖維材料的重量，在使用同等體積的材料的情況下，這就使得施工過程中材料運輸?shù)碾y度得到降低。
?。ǘ?、可以實現(xiàn)無縫隙粘貼，將碳纖維復(fù)合材料與混凝土構(gòu)件融合成一個整體，混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力提高。在混凝土針對不同的構(gòu)件加固時，會采用不同的方法。當對建筑物柱體的抗震能力以及承載能力進行加固時，適合使用全封閉式粘貼。由于碳纖維材料的特性而決定了這些不同的加固方式。
（三）、耐久性好以及抗腐蝕性，各種復(fù)雜的環(huán)境都能夠適應(yīng)，特別是各種工業(yè)廠房中廣泛存在一些化學(xué)氣體的混凝土加固，由于自然環(huán)境所引起的混凝土結(jié)構(gòu)損害得以避免。
?。ㄋ模⒗鞆姸雀?，其具備普通鋼材的十幾倍的拉伸強度，可以大幅度使得混凝土構(gòu)件的承載能力提高。它目前已經(jīng)達到了 7.0GPa的抗拉強度，是一種性能非常好的加固材料。
二、碳纖維加固混凝土的實施方法
一般情況下，施工流程中碳纖維加固混凝土能夠簡化為下面幾個階段。
?。ㄒ唬⑿逗墒侵感兜艋詈奢d，對其他構(gòu)件產(chǎn)生的影響中減少活荷載。卸荷，這是進行加固前的一個步驟。
?。ǘ?、基底處理，即為了使其達到碳纖維加固的要求，對混凝土表面進行處理。應(yīng)該將凸起的部分利用混凝土打磨機磨平，如果混凝土表面有凸起的部位；對裂縫部位應(yīng)該進行封閉處理，如果出現(xiàn)裂縫；如果混凝土有水漬或表面潮濕，保持混凝土表面的干燥，應(yīng)該用吹風機將其吹干。
?。ㄈ⑼康啄z。應(yīng)該根據(jù)加固構(gòu)件以及不同當?shù)氐臍鉁?，涂底膠的過程中，決定使用的時間和底膠的厚度，底膠提前避免固化。而將底膠滲入到混凝土表面的細孔中應(yīng)該注意，在涂抹的過程中，能夠和構(gòu)件充分的貼合使碳纖維材料進行粘貼時。
?。ㄋ模⑿扪a平整。即使混凝土表面的轉(zhuǎn)角處無棱角，呈光滑狀，避免碳纖維材料損壞，以降低成本。
?。ㄎ澹?、粘貼碳纖維材料。對碳纖維材料進行剪裁按加固要求，再配置膠液，在需要粘貼的碳纖維材料部位均勻的涂抹。把握需要注意整個加固工程的整體用量對于膠液的量，以免浪費。而應(yīng)該注意到不要讓碳纖維材料留有氣泡在進行粘貼的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)使用特制的滾筒沿碳纖維的方向應(yīng)該立即多次滾壓將氣泡擠出。都應(yīng)該使用普通的粘或者鋼橫向的碳纖維材料進行固定在碳纖維材料的端部，使得碳纖維材料防止脫落。
?。⒎雷o處理。在加固工作完成之后，首先是對碳纖維材料進行必要的保護，碳纖維材料的表面涂抹防火涂料；其次應(yīng)該對是否符合最初的設(shè)計要求進行檢查。
但是由于所涂抹的底漆的不同，具體的碳纖維復(fù)合材料的不同，又呈現(xiàn)差異性變化的碳纖維加固混凝土技法。在這里介紹修補加固增強三種不同的技術(shù)。
1、bayashi-Mitsubishi 法。這是由日本三菱化學(xué)公司所提出來的方法。首先使其變得光滑平整，它要對修復(fù)的表面進行清理；其次是進行打底漆對修復(fù)加固表面；接著刷樹脂層在修復(fù)加固架構(gòu)的表面，并涂上一層樹脂在 Repiark 碳纖維復(fù)合材料的粘貼面；最后進行粘貼黏合將碳纖維材料再噴上防火涂層。
2、Mbrace法。首先使其變得光滑平整，它要對修復(fù)的表面進行清理；其次是打膩子并涂上 Mbrace 底漆；接著涂上一層Mbrace浸漬劑在要求進行加固的混凝土構(gòu)件表面，再對好粘貼將Mbrace碳纖維復(fù)合材料；最后涂上第二種浸漬涂層在半小時之后。進行表面涂層的涂抹一到兩天后。
3、SIKA 法。首先會混凝土構(gòu)件表面進行清理，填補裂紋、去除損壞的水泥殘塊、噴沙清理和平整表面；其次涂覆 Sikadur 粘結(jié)劑在清理好的表面上；接著在表面的塵渣進行切割并去除殘留將預(yù)固化的Cabodur 條按設(shè)計的要求；最后在水泥表面和Cabodur 條都涂覆環(huán)氧樹脂，不需任何捆扎或支撐，將其粘連在一起，停留24h即可。
三、碳纖維加固混凝土面臨的主要問題
雖然具有很多優(yōu)點在碳纖維復(fù)合材料加固混凝土中，但是在實際應(yīng)用方面和理論研究還是諸多的不足存在，這就包括進行理論的分析以及系統(tǒng)的研究、國產(chǎn)化碳纖維質(zhì)量的提高對于碳纖維材料的力學(xué)特性等等。
?。ㄒ唬?、技術(shù)問題
1、對于研究碳纖維的力學(xué)特性的不足。顯然將成為混凝土加固修復(fù)的主要手段之一的碳纖維加固混凝土，而并未呈現(xiàn)系統(tǒng)化對于碳纖維的力學(xué)特性的研究，相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析缺乏。不能準確使用更為合理的碳纖維材料分布針對不同的混凝土構(gòu)件，常常是通過少量試驗以及實踐經(jīng)驗得出的數(shù)據(jù)進行加固，統(tǒng)一的標準沒有形成。
2、對于抗震性能以及碳纖維疲勞的研究也不夠透徹。甚至在論證加固節(jié)點核心區(qū)不同的專家學(xué)者來說，有的學(xué)者認為可以顯著提高節(jié)點核心的抗震承載能力的碳纖維布的加固方法，可以進行廣泛使用；而有的學(xué)者卻認為并不能提高節(jié)點核心區(qū)的承載抗震能力在碳纖維布加固混凝土中。
?。ǘ?、適應(yīng)應(yīng)用問題
1、成本過高。一般比鋼材的造價碳纖維加固混凝土的造價要高出一半甚至一倍。在國內(nèi)使用的碳纖維材料早期多來自于日本和瑞士。但國內(nèi)也有一些廠家開始生產(chǎn)制造碳纖維材料，隨著碳纖維材料廣泛的應(yīng)用前景。
2、需要結(jié)合其他方法，才能對某些特定部位進行加固。譬如碳纖維就無法對其加固，對于十字交叉梁節(jié)點處的負筋不足的問題，而只好進行焊接通過鋼板來實現(xiàn)加固。
3、沒有相應(yīng)的技術(shù)指南和施工標準?？煽康募夹g(shù)指南以及施工標準是保障其健康發(fā)展的有效手段，對于一個前景頗好的行業(yè)來說。而在我國，并沒有形成一定的規(guī)章制度與技術(shù)指標對于碳纖維材料加固混凝土，這就引起了管理的不善以及施工的混亂。
四、工程實例
工程概況：某市某購物中心要接層加固進行改造，主體部分為二層框架結(jié)構(gòu)的此購物中心，建筑面積達1.1×103平方米。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定及加固要求，對梁以及柱進行碳纖維材料決定采用加固，對于板采用重新?lián)Q三級板和現(xiàn)澆板疊加兩種方式進行。其中采用的碳纖維材料的特性如下表1。
按照一般的碳纖維材料加固混凝土的方法在施工過程中進行加固，沒用出現(xiàn)裂縫加固后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也都在規(guī)范要求內(nèi)的梁、板各種性能指標，經(jīng)使用與檢測，效果比較理想。
總之，對在工程建筑中碳纖維加固混凝土的應(yīng)用主要通過碳纖維材料加固混凝土的施工流程、面臨的主要問題以及方法與特點進行了分析。隨著碳纖維加固技術(shù)的不斷成熟可以看到，將不斷擴大它的應(yīng)用前景。而且它很有可能成為最廣泛的建筑材料代替鋼鐵，由于碳纖維材料的特性。而在建筑工程中也應(yīng)該繼續(xù)深入對于碳纖維材料的應(yīng)用研究。
