碳纤维布加固技术在海儿洼水库进水塔加固工程中的应用

马斌

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

摘要：本文介绍了碳纤维材料的加固机理、性能特点及施工工艺要点。采用粘贴碳纤维布进行加固，是一种新型的混凝土结构加固技术，碳纤维布粘贴技术在海儿洼水库进水塔结构加固工程中的成功应用，为同类型加固维修提供了有意义的参考。

关键词：碳纤维布 ，加固 ，应用

Abstract: this paper introduces the carbon fiber materials the reinforcement mechanism, characteristics and construction process points. USES stickup carbon fiber cloth are strengthened, is a new type of concrete structure reinforcement technique, carbon fiber cloth paste technology in the reservoir structure strengthening the intake) son in the project of successful application, for the same type reinforcement provide meaningful maintenance reference.

Keywords: carbon fiber cloth, reinforcement, applications

1碳纤维加固机理简介

碳纤维布加固技术最早起源于德国、瑞士，在20 世纪80 年代后期，碳纤维复合材料被用于加固混凝土结构。目前混凝土加固常用方法有很多，如：增大截面法、置换混凝土加固法、外包钢加固法、粘钢加固法、粘贴纤维复合材加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，粘贴纤维复合材法具有强度高（抗拉强度高于普通钢材十倍以上）、比重轻、耐久耐腐性好、施工便捷、技术成熟等优点。其基本原理是将抗拉强度极高的碳纤维用特殊环氧树脂胶预浸成为复合增强片材，沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的混凝土的表面，使碳纤维布与混凝土能够形成一个新的复合性整体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同工作，从而提高结构的强度和刚度，增强抗裂性和延伸性，达到对结构构件进行加固、补强的目的。。

2工程概况

海儿洼水库位于宣化县城南20km的海儿洼村老龙沟峡谷处，水库始建于1972年。拦河坝为浆砌石拱坝，泄洪底孔位于拦河坝中线处，洞身为钢筋混凝箱形管道。进水塔基础坐落在基岩上,进口设计底高程为51.0m,泄洪底孔进水塔为钢筋混凝土框架结构,顶部设检修平台和启闭机平台, 检修平台高程76.0m,设工作桥与拱坝坝顶相连。

经过三十多年的运用，进水塔上部结构表面混凝土碳化痕迹明显，检修平台及启闭机平台板表面混凝土龟裂、剥蚀脱落、露筋现象较为严重，框架柱水泥砂浆抹面出现众多龟裂纹，甚至局部起鼓。检修平台框架梁体底面混凝土保护层产生沿主筋方向的裂缝，裂缝宽度较大；梁体侧面混凝土严重碳化、脱落，风化面粗骨料出露，显示骨料粒径偏大，级配较差；梁体顶面混凝土保护层部分脱落、主筋外露锈蚀。启闭机平台梁有多处裂缝，导致结构强度偏低。针对以上情况，需对检修平台及启闭机平台板、梁进行补强加固。

3碳纤维布加固设计

对梁正截面加固，先在梁体底面粘贴一层30cm宽碳纤维布，指触干燥后，再粘贴一层50cm宽碳纤维布（两侧面各10cm），碳纤维布的纤维方向必须与梁轴线方向一致，沿纤维方向的搭接长度不小于15cm，粘贴时各层碳纤维布需错缝粘贴。

对梁斜截面抗剪加固，采用碳纤维布在梁两端粘贴垂直于梁轴线方向的U型箍，并在梁顶部粘贴纵向压条。U型箍的宽度，端箍为20cm宽,中间箍为10cm宽, U型箍的间距为10cm。纵向压条宽10cm，长100 cm。

设计采用的碳纤维布单位面积重量为300 g/m2，厚度0.167mm。碳纤维粘贴采用碳纤维配套树脂（环氧树脂），主要施工工艺如下：

（1）混凝土表面处理

在粘贴碳纤维的部位进行打磨，影响粘贴的钢筋头和混凝土突起处要用砂轮切掉，直至打磨出坚实面。混凝土表面破损部位采用TB-Ⅲ砼宝填平修复平整，转角粘贴处需打磨成圆角，其半径不小于20mm。

打磨平整后，用压缩空气吹尽混凝土表面浮灰，保持碳纤维片的粘贴基面干燥清洁，光滑平整。若混凝土表面存在油污，应采用棉丝和丙酮去除。

（2）粘贴碳纤维布

按照使用说明配制胶粘剂，混合后要充分搅拌均匀。调好的底胶应随用随配，每次配制量应在40分钟内用完。涂刷时不要太厚，要求涂刷均匀，不要遗漏。

用刮板将调合均匀的胶粘剂均匀的涂刷在底胶上需粘贴碳纤维布的地方，涂量标准为：500～600g/m2；随即把按设计要求已裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后用专用滚子顺着纤维沿一个方向滚压多次，去除气泡和褶皱，并使粘结胶充分浸入碳纤维布中，滚压时不得损坏碳纤维布。待指触干燥后，即可进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道。

碳纤维布粘贴完成，待指触干燥后，再用滚筒刷均匀刮涂一层粘结胶，涂量标准为：300～200g/m2。在胶体固化前应全面检查粘贴质量，如发现有局部空鼓现象，可用注射器注入粘结胶补充粘贴。

为了防止碳纤维布老化，使碳纤维布表面的颜色与原混凝土接近，碳纤维布粘好后，在其表面涂刷一层TB-Ⅱ砼宝防碳化涂料。

（3）养护及验收

粘贴碳纤维片后需自然养护24小时达到初期固化，达到设计强度所需自然养护的时间：平均气温在10℃以下时，需要2周；平均气温在10℃以上时，需要1周。在此期间应防止碳纤维贴片受到硬性冲击。

验收标准：碳纤维片粘贴要密实，目测检查不许有剥落、松弛、翘起、褶皱等缺陷。涂刮层平整，无沙眼、无起鼓、无开裂、无漏刮处。固化后的贴片与结构混凝土间的粘着状态、粘结胶固化状况良好。

4结语

粘贴碳纤维布加固技术在海儿洼水库进水塔加固工程中的应用，充分发挥了碳纤维复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳等许多优点，而且基本不增加原结构自重及原构件尺寸；进水塔作为高耸结构，施工场地小，现场无法安装固定较大施工设施，采用碳纤维布加固，施工时，仅使用了简单的脚手架，即可满足安全及施工要求。由此可见，碳纤维布加固技术优点明显，在实际工程中显示出了较大优势。

参考文献:

[1] CECS25：90，混凝土结构加固技术规范 [S].

[2] CECS146：2003，碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程 [S].

[3] JG/T166-2004，纤维片材加固修复结构用粘结树脂[S].

[4] 河北省水利水电勘测设计研究院. 张家口市宣化县海儿洼水库除险加固工程初步设计报告 [R]，2008.

[5]岳清瑞,我国碳纤维增强材料(CFRP)加固修复土木建筑结构技术研究应用现状与展望[A]混凝土结构学术交流会[C],2000.

[6]曾宪桃、车惠民，复合材料ＦＲＰ在桥梁工程中的应用及其前景[J]，桥梁建设，2000,(2).

[7]张轲、岳清瑞、叶列平、赵树红，碳纤维布加固混凝土改善延性的试验研究[J]，工业建筑，2000,(2) 0.