碳纤维布加固混凝土结构技术及工程监理实例

1、1碳纤维布加固混凝土结构技术及工程监理实例摘要： 碳纤维布加固技术具有高强度、性能稳定、重量轻、施工简便等特 点。申鑫国际广场主体结构加固工程采用碳纤维布加固技术进行加固钢筋 混凝土主体结构，取得了良好的经济效益和社会效益。碳纤维布加固技术 值得推广。关键词：碳纤维布加固技术原理；施工工艺；工程监理实例一、 碳纤维布加固技术简介及适用范围1 1、碳纤维布加固技术简介碳纤维增强聚合物( CarbonCarbon FibreFibre ReinforcedReinforced Poly-merPoly-mer ，简称 CFRPCFRP) 是由环氧树脂粘贴碳纤维束而成的一种新型加固用材料。碳纤维结构

2、加固 技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者 共同工作，提高结构构件的(抗弯、 抗剪)承载能力， 由此而达到对建筑 物进行加固、 补强的目的。碳纤维加固修补混凝土结构技术始于 2020 世纪 8080 年代。在意大利、加 拿大、日本、韩国等国，碳纤维加固法的优点及有效性也已被人们认识，并逐渐应用于钢筋混凝土梁、柱、桥墩等各种混凝土结构的加固改造中。而我国对应用碳纤维材料的研究因种种原因发展较慢。可喜的是近几年，随着人们对碳纤维加固混凝土结构技术优势认识的逐渐提高，有越来越多 的高校和科研机构开始重视这一新兴加固技术，并逐步得以发展和完善。2 2、碳纤维布加固技术的特点

3、及优势 与传统的加固技术相比，碳纤维布加固技术具有明显的优势：高强度：碳纤维布具有优异的物理力学性能，其抗拉强度是普通钢的8 8倍， 达到 4000MPa4000MPa 以上， 且弹性模量与钢较接近， 极适合钢筋混凝土的加 固修补。性能稳定：碳纤维布具有良好的耐久性和抗化学腐蚀能力。耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀，且不需定期维护。对内部混凝土结构起保护作用，能 达到双重加固修补之目的。2重量轻：碳纤维布的常用规格为 200g/m200g/m2 2 、300g/m300g/m2，厚度分别为 0.111mm0.111mm 和0.167mm0.167mm。自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸。施工便捷：

4、没有湿作业，无需大型施工机具，无需现场固定设施。碳纤 维布可任意剪裁，施工简单，无灰尘和噪声污染，且施工周期短。施工质量易于保证：由于碳纤维布是柔软的，即便被加固表面不是非常平整，也可以保证 100%100%面积的有效粘贴。如发现粘贴表面局部有气泡， 可以用注射器注射粘贴剂的方法将空气赶跑，以保证有效粘贴面积。3 3、碳纤维布加固技术的适用范围广泛应用于因建筑物使用荷重增加；梁板柱强度不足；材料老化；钢 筋锈蚀；结构系统变更；抗震需求；变更建筑物使用功能及抑制裂缝的发 展。如应用于各种类型和形状的混凝土结构的加固，也很适合用于古建筑 物或砌体结构的补强加固，恢复和提高结构的承载能力和抗裂性能。

5、二、 碳纤维布加固技术原理1 1、 碳纤维布加固技术原理： 由于碳纤维布具有很高的抗拉强度，且碳纤维布与钢有着极为相近的弹性模量， 这就为利用粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构提供了前提条 件。 但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同 工作。在结构承受荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗 拉强度并退出工作状态，随着荷载的加重，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整 体破坏。而使用粘贴剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高了碳 纤维布的抗拉强度。所以，碳纤维布加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维 丝能共同工作，因此，粘贴剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要 确保各碳纤维丝共

6、同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达 到加固的目的。2 2、试验研究及结论3（1 1）试验前准备同济大学建工系结构试验室于 19991999 年 1111 月进行了三根梁的试验。为 了对比试验，其中一根梁未粘贴碳纤维布，另外两根梁均粘贴了单层上海 同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌无纺单向碳纤维布加固。试验梁 的加固工作在试验室内进行，为了与实际加固施工现场操作相一致，操作 人员上仰操作，加固操作程序为：打底胶、批胶泥、上胶、贴碳纤维布、 罩面胶。（2 2）试验结果及结论1 1） 试验结果： 破坏特性：其中未贴碳纤维布梁的破坏为受拉钢筋屈服破坏，而两根贴碳 纤维布加固梁的破坏为受

7、拉钢筋首先屈服，而后加固梁表现出较大的塑性，直至最后碳纤维布拉断破坏。2 2） 试验结论：A A、加固后的试验梁，皆由于碳纤维布拉断而破坏，说明粘法性能良好， 加固方法可靠，能够满足结构设计要求。B B、粘贴碳纤维布加固后试验梁的截面破坏弯矩，比未加固试验梁的截 面破坏计算弯矩提高 42-54.7%42-54.7%，说明加固效果明显。C C、碳纤维布的弹性模量与钢筋相近，但由于其强度高，充分发挥碳纤 维的强度需要较大的应变。三、 工程实例1 1、 工程概况本人于 20042004 年有幸参与监理了“申鑫国际广场” （原名美华大厦）的 续建工程，项目属于“半拉子”续建工程。该项目位于海口市海秀路

8、与龙 昆北路交叉口东北角处， 原设计为主楼 3636 层，副楼 1818 层（其中地下 2 2 层， 裙楼为地上 6 6 层）项目于 19971997 年建至主楼地上 7 7 层，副楼建至地上 1717 层 后停工至今。现业主拟将其续建为主楼 2828 层商住楼，副楼建至 1818 层精装 修小户型度假公寓。总建筑面积近九万平方米。4项目运作前期，业主方委托海南省建筑工程质量检测中心对原主体结 构各层梁、柱、剪力墙的混凝土强度等级及柱外露钢筋进行检测。现设计 单位根据检测报告结果对拟建建筑整体结构进行计算分析，结果是楼面主 梁受弯承载力不足，须进行粘贴碳纤维布予以加固。2 2、 施工准备（1

9、1）施工材料的准备 根据图纸设计要求及施工合同的规定，本项目加固所用的材料为：碳 纤维布采用上海同砼碳纤维布有限公司生产的“同砼”牌碳纤维布，其规 格为 300g/m300g/m2，名义厚度 0.167mm0.167mm,抗拉强度为 4000MPa4000MPa,弹性模量为 215GP215GPa a延伸率为 1.82%1.82%。碳纤维胶粘剂底胶、找平胶、粘贴胶、面胶均 选用上海同砼碳纤维布有限公司生产的胶粘剂，与碳纤维布属同一厂家的 配套产品，施工质量有保证。（2 2）辅助材料的准备 采用滚筒、刮板、打磨机、砂纸、剪刀、钢直尺、裁纸刀、榔头、台称、 丙酮等。（3 3）搭设脚手架 按安全规程

10、要求搭设好脚手架，主要用门字架，高度以方便施工为前提。3 3、施工工艺（1 1）清除加固梁底及 U U 型箍处表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝 土直至完全露出混凝土结构层。由于本项目属“半拉子”工程，已 施工主体结构的工程质量比较差，现场发现部分梁截面存在两方面 的缺陷：一为梁个别部位存在梁钢筋锈蚀，暴筋等，经与设计院协 商，决定对钢筋进行除锈处理。具体方法为把钢筋锈蚀部位的砼凿 开，用钢丝刷把锈蚀清除，最后用环氧树脂进行封密处理；二为由 于原结构设计梁配筋率较小，现场发现部分次梁跨中部位出现通长 裂缝，经与现设计单位现场勘查， 建议裂缝宽度小于 0.2mm0.2mm 的裂缝， 用环氧树脂

11、进行表面涂刷密封；大于 0.2mm0.2mm 的裂5缝，用环氧树脂灌 缝。（2 2）被粘贴混凝土表面应用混凝土角磨机、砂轮（砂纸）等工具打磨平 整，去除混凝土表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土新面。 转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于 20mm20mm。打磨后表面水平方向上平整度为 3mm/2m3mm/2m。打磨表面范围应 超出碳纤维粘贴面 10mm10mm。处理完毕后，应用工业用真空吸尘器或丙 酮将表面的灰尘全部清除干净。这一步骤非常重要，这关系到碳纤 维布与被加固构件混凝土粘贴牢固程度。（3 3） 待基层面干燥后用滚筒将底层树脂均匀涂刷于处理后混凝土表面，厚度不

12、得超过 0.4m0.4m m m，并不得漏刷或有流淌、气泡，待底层树脂指 触干燥后方可进入下道工序施工。（4 4） 混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮找平胶进行修补填平，特别是转 角部位也要用找平胶将其修补为光滑的圆弧。待找平胶固化后（一 般以 2 2 小时后的指触干燥为宜） ，方可进入下一步工序施工。（5 5）按设计要求的尺寸，用钢直尺和裁纸刀把碳纤维布等先裁剪好，接 着用滚筒把配置好的粘贴胶料均匀地涂刷于被粘贴表面上，搭接的 部位及拐角的部位适当多涂抹点，然后将碳纤维布贴于湿润的树脂 上，并用专用的滚筒顺着纤维方向多次滚压至胶料渗出碳纤维布外 表面，确保粘贴胶剂充分浸透碳纤维布，以挤除气泡。注

13、意：粘贴碳纤维布时必须两人密切配合，一人拉紧碳纤维布，一人用专 用滚筒沿着纤维方向多次滚压，且滚压时不能损伤碳纤维布。粘贴时，搭 接部位不得小于 150mm150mm 且搭接位置应相互错开。（6 6）多层粘贴时重复步骤（ 5 5），并且应在碳纤维布表面粘贴胶指触干燥 后尽快进行下一层粘贴。（7 7）在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹一层面胶，以起保护作用。64 4、施工过程的监理实施细则 由于碳纤维布加固技术属于一种新技术、 新工艺，所以，在加固工程 开工之前，受项目总监理工程师的指派，专门编写了加固工程监理实施细 则。细则编写前先熟悉加固施工图纸，充分领会图纸设计意图。认真参阅 相关的规范、规程，熟悉粘贴碳纤维布加固技术的施工工艺过程，为编写 细则提供充分依据。由于碳纤维布加固技术目前还没有国标