浅谈碳纤维加固技术在建筑结构中的应用及施工工艺

姚天敬

（广东三把锁建筑有限公司）

浅谈碳纤维加固技术在建筑结构中的应用及施工工艺

姚天敬

（广东三把锁建筑有限公司）

随着建筑企业的飞速发展，建筑结构施工技术也有了突破性的进展。在土木工程领域，碳纤维增强聚合物作为新型的高强度材料，具有高效、便捷、应用范围广等优点，得到了广泛的应用。在碳纤维加劲塑料大量生产的同时，价格有所下滑，用碳纤维加劲塑料作为外贴加固材料已经成为了一种趋势。本文将对碳纤维加固技术在建筑结构中的应用进行研究，并对施工工艺进行简单的阐述，以期进一步推广碳纤维加固技术的应用范围。

碳纤维；加固技术；建筑结构；应用；施工工艺

碳纤维加固技术通过改进环氧树脂类胶结材料，将碳纤维片贴于混凝土表面，从而改善建筑结构的承载能力，具有加固和补强的作用。该项技术在一些发达国家已经得到了良好的运用，我国在20世纪90年代才引入此项技术，并将其应用到建筑结构当中，虽然取得了一定的成效，但还欠缺理论支撑。因此，对碳纤维加固技术进行研究，为丰富理论内容提供材料。

1 碳纤维材料基本特征

碳纤维增强复合材料能够起到补强加固的作用，高强度和高弹性的连续碳纤维，单排成束，经过环氧树脂浸渍成的碳纤维板或未浸渍固化的碳纤维布，都属于碳纤维片材，将片材黏贴在建筑结构的某一部分上，可以有效提高结构构件的抗弯、抗剪能力，对于提高工程质量以及工程使用寿命具有重要的作用。

1.1 碳纤维片材

一般，碳纤维片材的拉伸强度能够达到2400～3400MPa，与普通的碳素钢板的拉伸强度相比，要远超出其承载能力，这对于提升建筑结构的承载能力具有重要的作用[1]。片材碳纤维次的片材弹性模量主要由片材的力学性能决定的，可分为超高、高和中等模量三类。相比之下，碳纤维片材的单位重量要较普通的钢材轻许多，这也大大减轻了建筑结构的承重压力。因碳纤维的化学结构稳定，所以，不易受到盐酸以及化学介质侵蚀，具有良好的耐寒和耐热性。

1.2 配套树脂类粘结材料

混凝土结构加固修补配套树脂系统包括用于形成稳定界面，透过混凝土表面，促进粘结的底层涂料，填充表面空隙的油灰。

2 混凝土板、梁加固方法

2.1 增大截面加固方法

在对混凝土板梁承重试验后可以看出，其与实际要求有很大的差异，因此，采用增大截面法提高建筑结构的承重能力。进行加固设计时，需要根据构建的结构特点以及现场条件等选取一面、双面或三面（如图1）浇筑混凝土，以增大原截面面积，为了增强截面的承载能力，可在浇筑混凝土之前加入钢筋。

在实际工程建筑过程中，对梁、板构件进行补浇混凝土的现象十分常见，其对提升构件的抗弯承载能力具有显著的效果[2]。因整体施工比单体叠加效果更为明显，所以，在采用增大截面提升构件承载能力时，为了保证新浇灌的混凝土不影响整体施工，需要采用必要的构造措施和施工工艺。

图1 单侧补浇混凝土加固梁

2.2 粘钢加固法

利用环氧树脂的黏性用于粘结钢板与混凝土表面，以提高土梁受拉面的承重能力，已经在建筑结构领域得到了良好的应用，随着各种性能良好的抗弯材料的运用，建筑构造架构技术的应用范围也随之扩大。碳纤维片材在建筑结构承重力改善方面已经取得了良好的成效，与传统加固技术相比，具有明显的优势。

图2 梁下、梁上粘钢加固技术

2.3 增补受拉钢筋法

在梁构件抗拉强度无法满足建筑承重能力的同时，抗剪承载力、截面尺寸能够满足建筑要求时，可采用增补受拉钢筋加固法，只要在原梁的受拉部位放置适当的钢筋，将其焊接到原受拉钢筋上就可以（见图3）。

3 碳纤维材料在建筑结构加固中的应用

碳纤维材料加固技术在各种类型的建筑体当中都能良好的运用，例如，对公路桥墩结构加固、梁柱构建抗剪加固、楼宇增层加固等，都能起到良好的作用[3]。在加固施工过程中，相较于钢材料加固，具有施工方面，不影响建筑外观等优点，而且补强、加固效果明显，还有效抗紫外线以及抗环境老化功能。

图3 增补受拉钢筋加固梁

4 碳纤维布加固施工工艺

（1）现将已经被腐蚀的屋架下弦的混凝土去掉，查看里面埋藏的钢筋是否有生锈，若生锈，需将上面的锈层铲掉，以免影响后续施工。

（2）补粉凿除的混凝土梁：选用SJ-601防腐砂浆补粉凿除的混凝土梁，若凿除的面积较大，需要利用环氧砂浆进行修复，养护之后需要晾晒3d，才能进行下一步的加固施工。

（3）利用压缩空气清除掉修复层的粉尘，然后再用混凝土角磨机、砂纸等工具将混凝土表面的浮浆等杂质去除干净，构件表面要平整，用丙酮将需要黏贴的构件部分清理干净。

（4）涂底胶：将甲乙JGN胶按照3：1的比重分配好，并调匀混好，用刮板将其均匀地涂抹在屋架底面，待固化之后，进行下一步施工，但要注意，调好的底胶需要在规定的40min内用完，以免在空气中氧化凝固，失去效用。

（5）找平：在结束上一道工序之后，需要对混凝土凹陷部位用补浇填平，以尽量减少维护工作产生的建筑体高度差。

（6）黏贴碳纤维布：将事先调匀的JGN-C胶用刮板均匀涂抹在需要黏贴碳纤维布的底胶上，然后根据设计要求将已裁好的碳纤维布黏贴到预定位置处，之后用专用的滚子来回滚压，按压出里面的气泡，以使两者的黏连更加稳固。

一段时间后，用手指轻触按压，检查是否完全干燥，确定干燥后，再二次将碳纤维板粘贴上去，方法同上[4]。但要注意，两个碳纤维板的搭接要留出1cm的长度，端部用横向碳纤维板固定。

（7）两层碳纤维板都黏贴到固定位置处后，待其全部干燥后，在最上层涂一层JGN-C面胶，用专用的滚子来回滚动，使其充分地渗透到碳纤维布中去。待干燥后，在其表面涂上防护层。

5 施工注意要点

（1）处理好混凝土与碳纤维布界面，以免影响到混凝土梁的加固效果。通常，在加固施工过程中，需要将建筑构件加固部分打磨平整，去除变质的混凝土，对于凹陷部位要用修补胶填平。

（2）在粘贴碳纤维布的过程中，若粘贴的面积小，一人操作即可，若粘贴的范围大，为了保证碳纤维布粘贴平整，需要两人配合完成粘贴工作[5]。粘贴时，一人用刮板从一端边按碳纤维布，边用滚子滚压，以免里面存有气泡，影响粘合度。

（3）注意搭接粘贴，要留出1.5cm的搭接长度

在施工前，要选出质量合格的粘结剂，通过查看产品标识以及质量保证书等，确定粘结剂的强度，为保证碳纤维布与建筑加固构件之间能够很好地粘贴到一起，起到良好的抗弯、抗剪功能[6]。在施工过程中，需要按照产品配比说明，进行面胶制配，并在规定时间内将胶均匀涂抹在构件加固部位，以免影响面胶的使用效果。

6 结束语

碳纤维加固技术在建筑构件强化中已经得到了良好的应用，并且为建筑企业带来了可观的经济效益。在确保工程安全的情况下，碳纤维加固技术因重量轻，所以，仅架设架手架就能操作，而且裁剪十分方便，可以根据施工设计要求随意变更，可操作性强，这也正符合我公司的企业价值观的要求：通过科技引进、高效合作、精细化管理，实现建筑物性价比最大化。随着市场经济的快速发展，建筑企业不仅要追求经济效益，同时还要树立品牌形象，而确保建筑安全尤为重要，所以，积极采用新型高效的建筑施工方法，对建筑结构进行加固，以提升其抵抗自然灾害的能力，为保证人民生命财产安全提供有力支撑。

[1]单丽萍.碳纤维布在建筑结构加固中的施工措施浅析[J].民营科技，2012，2（8）：292.

[2]陆文灿.论粘贴碳纤维结构加固技术的原理及施工工艺[J].科学与财富，2013，26（7）：517，518.

[3]孙 明.碳纤维在建筑结构加固中的应用[J].科技信息，2012，6（14）：367～368.

[4]孙继川.碳纤维材料加固技术在工业建筑中应用[J].中国新技术新产品，2015，31（18）：135.

[5]张春林，徐 华.碳纤维材料在结构加固技术中的应用[J].山西建筑，2014，40（11）：53～54.

[6]毕国强.碳纤维复合材料（CFRP）在建筑物加固中的应用[J].中国高新技术企业（中旬刊），2014，11（5）：38～40.

TU746.3

A

1673-0038（2015）52-0014-02

收稿日期：2015-12-13

姚天敬（1974-），男，助理工程师，本科，主要从事建筑施工工作。