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刍议碳纤维在建筑结构加固工程中的应用

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：李向辉

[导读] 摘要：建筑业在国民经济的发展中起着重要作用，除了新建工程外，现有的建筑物维护和翻新工程也在不断增加，难以加强，改造。

        广西泽业建设工程有限公司广西南宁 530000
        摘要：建筑业在国民经济的发展中起着重要作用，除了新建工程外，现有的建筑物维护和翻新工程也在不断增加，难以加强，改造。碳纤维增强技术与常规技术相比，碳纤维可用于在常温下将环氧树脂与建筑结构紧密粘合。加固效果理想，可广泛用于建筑加固和翻新项目。碳纤维在建筑结构加固中的应用越来越广泛。
        关键词：碳纤维；建筑结构；加固工程；应用
        1 建筑结构加固工程运用碳纤维加固技术的优势
        首先，较好的抗腐蚀性与防水性能。具体在处理表层的混凝土结构时，运用具备较好防水特性的环氧树脂胶可以避免渗水情况的产生，进而对于表层的建筑混凝土构造给予有效的保护。同时，碳纤维材料可以维持长期的稳定材料性质，对于腐蚀性的外界因素能够予以抵抗，对于建筑整体结构的使用年限予以充分的延长。由此可见，具备良好抗腐蚀性能以及防水性能的碳纤维在客观上可以体现最佳的建筑加固效果。其次，可以随意进行碳纤维材料的裁剪操作。与其他的硬质加固材料相比，运用碳纤维作为施工材料具有更好的施工便捷性。这主要是因为，碳纤维材料本身具备较好的柔韧度，并且不会改变固有的建筑结构外部形态。在此基础上，经过自由的裁剪操作可以体现最佳的建筑结构适应性，节省了加固建筑本体构造投入的成本。
        表1 碳纤维与普通建筑材料的性能对比

        第三，简化了建筑加固的施工操作流程。在目前看来，碳纤维材料已经能被广泛运用于很多的建筑加固领域，进而对于抗弯钢筋以及抗剪钢筋的传统加固材料进行了有效的替代。具有轻薄质地的碳纤维不必进行过多的前期施工处理，因而可以直接运用手工裁剪的方式对其进行处理，确保达到较高的加固施工效率与简便的加固操作流程。对于加固建筑结构如果能做到正确运用碳纤维材料，那么可以保留原有的结构外观形态，不会破坏固有的建筑形态。表1为碳纤维与普通的结构加固材料进行对比。
        2 运用碳纤维加固建筑结构的基本操作流程
        对于加固建筑本体结构如果选择了碳纤维作为基本的加固施工材料，则在正式进入建筑本体加固的相关操作以前，应当简单处理原有的建筑结构表层，并且将底胶与粘合剂均匀涂抹于表层的建筑结构部位。经过以上的建筑表层处理以后，施工人员应当将保护层铺设于平滑的建筑结构外部。在多数情况下，对于外部构造的保护层材料主要可以选择纤维布的材质。
        建筑结构表层如果出现结构残缺的状态，则不利于有效完成后续的结构加固处理。因此，对于修复残缺的表层结构部位应当给予必要的重视，其中关键在于彻底清除附着在建筑表层的松散结构物。并且，施工人员需要运用封闭处理的方式来填补建筑表层的裂隙，然后对于表面浮灰予以清理。经过全面的表层结构清理以后，确保能够完全暴露坚固的混凝土表面。具体在进行加固主体结构的基本操作时，应当确保运用正确方式来存储粘合剂，杜绝光线直射导致的粘合剂失效现象。对于粘合剂的各种成分在进行调制时，应当着眼于材料配比的科学设计。在此基础上，关于加固建筑结构的操作最好能够保证一次用尽全部的粘合剂以及其他施工材料。
        3 碳纤维在建筑结构加固工程中的应用分析
        3.1 工程概况
        针对某废旧建筑进行处理，采用回弹法对建筑各部分结构强度实施检测，发现建筑可以继续使用，但现有条件无法满足抗震性要求，还须利用碳纤维材料进行结构加固施工。根据检测结果可知，建筑主次梁位置混凝土结构应进行补强加固，促使梁柱下部强度等级得到提高。
        表2碳纤维布力学性能指标

        3.2 技术方案
        按照GB50367—2006《混凝土结构加固设计规范》规定，选择的碳纤维布主要可以划分为Ⅰ和Ⅱ2个等级，各项力学性指标应符合规格要求，碳纤维布力学性能指标见表2。在市面上，片材重量通常为2000N/m2（200g/m2）或3000N/m2（300g/m2），对应的理论厚度分别为0.111m和0.167m。结合建筑梁宽尺寸，针对350mm梁，由于无350mm规格的碳纤维布，还要选择200mm×150mm碳纤维片材，做到不留空拼接，具体粘贴3层Ⅰ级建筑碳纤维布。对U型箍进行粘贴，需要选用200mm宽碳纤维布，使碳纤维布边到边保持100mm净间距。在梁顶部位，需要增设150mm碳纤维压条。
        结合结构加固补强需求，在确定碳纤维布规格后，还要对其净面积进行计算：

式中，Ag为碳纤维布净面积；t为碳纤维布计算厚度；B为碳纤维布的宽度，n为碳纤维布的粘贴层数。根据相关参数，也可以直接对加固混凝土的碳纤维布用量进行计算：

        式中，Acf为材料用量，Rcf为碳纤维布抗拉设计强度，Rf为用于抵抗不足弯矩的钢筋面积。
        3.3 加固施工
        3.3.1 施工准备
        实际在应用碳纤维进行结构加固构成中，需要对各构件受力情况展开分析，确定结构加固施工不会对其他构件产生影响，然后对无关构件进行拆卸。在完成荷载卸除后，可以进行基底处理，保证结构加固质量。发现混凝土出现腐蚀问题，需要将表层混凝土去掉，确认钢筋是否发生锈蚀问题。如果发生锈蚀，需要将锈层铲除。针对混凝土表面，需要通过预处理将空鼓、蜂窝等缺陷清除。如果需要清除的面积较大，应利用环氧砂浆修复。如果结构避免出现裂缝，还要实施全面封闭处理，利用角磨机或砂纸对表面进行打磨，将油渍和杂物清除，保证表面平整、洁净。针对转角位置，需要打磨成圆弧状，利用鼓风机进行表面清理，使表面保持干燥。
        3.3.2 底胶涂抹
        在完成基底处理后，可以按照3∶1比例对主剂和固化剂进行混合，完成底胶配置。在实践施工中，需要利用电子秤进行精确计量，保证底胶配置效果。利用电动搅拌机将底胶搅拌均匀后，可以采用滚筒刷在混凝土表面均匀涂抹底胶，固化后，进行下一步工序施工。底胶的使用容易受到温度影响，还应在完成底胶配置后的45min内完成底胶涂抹，以免因底胶凝固氧化而无法施工。此外，环境湿度也将给施工质量带来影响，还应确保现场相对湿度不超70%。在底胶涂抹阶段，需要同时开展找平作业，发现凹陷位置及时利用修补剂进行处理，如模板接头高差超限位置还应体现修平，以免影响后续施工。
        3.3.3 粘贴防护
        在碳纤维布粘贴阶段，需要结合技术方案完成碳纤维材料裁剪。实际在粘贴时，需要提前完成黏结剂的配制，然后在混凝土表面涂抹，厚度应超出底胶层厚，至少为2mm，避免出现漏涂问题。利用刮板进行刮涂操作，能够保证胶均匀分布。
        针对碳纤维边缘，应适当增加涂抹量，如搭接位置和拐角位置。针对混凝土方柱，需要采用缠绕方式粘贴，从上方开始向下缠绕，保证材料均匀粘贴，使柱的荷载能力得到提高。在正截面构件上粘贴碳纤维布，应保证粘接材料得到正确组合。按照施工规范，材料沿着纤维方向的粘贴长度至少应达到200mm，搭接长至少达到100mm。粘贴后，需要利用滚压工具进行表面处理，使材料内部的气泡得到去除，并保证碳纤维与黏结剂接触充分。
        结束语：
        建筑结构经过较长时间的外界侵蚀以及老化后，其中的建筑构件就会缓慢呈现腐蚀的倾向，进而影响到总体的建筑构造安全。具体在加固建筑结构的实践领域内，运用碳纤维作为全新的建筑加固材料能够体现更好的建筑加固效果，节省建筑加固的总体施工成本，并且实现了建筑结构寿命延长以及建筑稳定性增强的目标。目前在建筑结构加固领域的实践中，关于应用碳纤维作为加固结构材料的技术要点应当不断致力于总结归纳，从而保证了良好的建筑结构加固效果。
        参考文献：
        ［1］赵伟.碳纤维在建筑结构加固改造工程中的应用［J］.安徽建筑，2019，26（09）：76-77.
        ［2］李岩.房屋建筑工程中结构加固改造措施分析［J］.价值工程，2019，38（09）：84-87.