應(yīng)用碳纖維布加固鋼筋混凝土柱的相關(guān)問題探討
摘要:在建筑工程中，鋼筋混凝土柱的加固大多采用增大截面或外包鋼板等方法。但這類方法施工不便，且不能保證柱截面的規(guī)則。碳纖維布加固鋼筋混凝土柱比起以上方法還是具有一定的優(yōu)勢。本文通過分析碳纖維布加固的技術(shù)特點(diǎn)，對增強(qiáng)鋼筋混凝土柱的延性、受剪承載力等問題進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土柱；碳纖維布；延性；受剪承載力；施工
一、應(yīng)用碳纖維布加固鋼筋混凝土柱的技術(shù)特點(diǎn)
鋼筋混凝土柱的加固方法有多種，常用的有增大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法、置換法、外貼碳纖維布加固法等。而采用外貼碳纖維布加固法加固這些混凝土柱。具有以下特點(diǎn)：
第一,碳纖維布加固框架柱，是用纖維布纏繞柱體，使混凝土處于三向受力狀態(tài)。由于碳纖維布極高的抗拉強(qiáng)度以及和混凝土較好的粘結(jié)性能，使得碳纖維布有效約束混凝土，從而使其承載能力和延性有較大提高。有試驗(yàn)表明：有缺陷的柱通過碳纖維布環(huán)箍作用，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到相同等級混凝土的1.4倍。
第二,碳纖維布是一種厚度小、自重輕、柔韌性好的材料，它具有極高的抗疲勞性、抗徐變、抗酸堿、抗高溫的特性，所以用來加固混凝土柱可以滿足抗彎、抗壓和抗震的要求，并且還不會增大柱子的截面。
第三,這種加固方法有不破壞原結(jié)構(gòu)、施工簡便的優(yōu)點(diǎn)，加固完成后，結(jié)構(gòu)在使用過程中無需再投入維護(hù)費(fèi)用，使用壽命長。
二、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱延性的方法
采用倒T形，柱子的水平力加荷點(diǎn)位于柱子反彎點(diǎn)處，首先施加軸力至給定值；隨后，保持軸力值不變，循環(huán)加卸水平力。水平力加載方案為：試件屈服前用水平荷載來控制，分級加載至試件屈服，并記錄試件屈服位移△；試件屈服后，以屈服位移△，為增量反復(fù)循環(huán)，不斷增大試件位移，直至試件水平荷載下降至峰值荷載的85％為止。
鋼筋混凝土柱經(jīng)橫向包裹碳纖維布加固后，其變形性能得到了顯著改善，位移延性比明顯提高。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)影響延性系數(shù)大小的因素主要有：碳纖維布用量、軸壓比、剪跨比、混凝土強(qiáng)度等?；疽?guī)律為：加固柱延性的提高程度是隨著碳纖維布用量的增長而增大的；構(gòu)件軸壓比較小時加固效果較好；剪跨比較小時，使用碳纖維布可以提高短柱的抗剪承載力，轉(zhuǎn)變破壞形態(tài)，改善短柱的變形性能；構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度較低時加固效果較好。以上研究表明，采用碳纖維布加固鋼筋混凝土方柱時，對柱子轉(zhuǎn)角部位進(jìn)行倒圓角處理可以提高加固柱的延性，規(guī)律為：隨著角部圓弧半徑的增大，加固柱的延性提高幅度也隨之增大。
用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土柱來提高其延性時，碳纖維布的主要作用就是對其內(nèi)部混凝土起到約束作用。碳纖維布約束混凝土是一種被動約束，隨著軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產(chǎn)生環(huán)向伸長，從而提供側(cè)向約束力。約束機(jī)制取決于兩個因素：混凝土橫向膨脹性能和環(huán)向約束能力。碳纖維布約束混凝土表現(xiàn)出兩階段受力過程：第一階段，混凝土處于類似素混凝土的線彈性階段，橫向膨脹變形小，故碳纖維布的橫向應(yīng)變也很小，分界點(diǎn)在素混凝土峰值應(yīng)力附近；第二階段，構(gòu)件達(dá)到極限承載力后，混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維布環(huán)向應(yīng)變顯著增長，環(huán)向約束力增加，混凝土的極限壓應(yīng)變得以提高，因而推遲了受壓區(qū)混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著地改善了構(gòu)件的延性。
三、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱受剪承載力方法分析
（一）剔鑿松動混凝土、鋼筋除銹、澆筑高標(biāo)號混凝土
用人工首先將加固柱松動混凝土進(jìn)行輕輕剔鑿，切不可大力以防破壞密實(shí)混凝土，對主筋、箍筋銹蝕部分應(yīng)進(jìn)行除銹，露出金屬光澤，補(bǔ)焊鋼筋，外刷環(huán)氧漿液，再澆筑高標(biāo)號混凝土，振搗密實(shí)。
（二）裂縫灌漿
對柱表面裂縫采用化學(xué)壓力灌漿，先用環(huán)氧膠泥將裂縫封閉，形成閉合回路，預(yù)埋灌漿嘴，通過灌漿嘴進(jìn)行壓力灌漿，將裂縫封閉。
（三）表面處理
對柱混凝土表面用砂輪打磨，以除去表面疏松層及油污等雜質(zhì)，直至完全露出新的混凝土界面，并用壓縮空氣將表面浮灰清除干凈。
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?。ㄋ模┩克⒒讟渲?nbsp;
按產(chǎn)品使用說明充分?jǐn)嚢韬?，用滾筒刷均勻涂抹于柱混凝土表面。
?。ㄎ澹┨祭w維布粘貼
將結(jié)構(gòu)膠均勻涂沫后，將已剪好的碳纖維布迅速粘貼到位，并擠出氣泡，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結(jié)。對水平彎折部分，用鋼板緊密錨固。
?。┍砻嫣幚?nbsp;
至少8h后，在碳纖維布表面涂抹一層基底樹脂，干燥后外抹水泥砂漿作面層。
四、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱的施工方法
?。ㄒ唬M補(bǔ)強(qiáng)加固構(gòu)件的混凝土表面及其處理方法，基底樹脂的涂敷，碳纖維布的粘貼、養(yǎng)護(hù)、表面整飾等進(jìn)行充分研究和設(shè)計(jì)，并對使用材料、配套樹脂、機(jī)具等做好準(zhǔn)備工作。
?。ǘ┯捎谠撝糠咒摻钜唁P蝕，需先打掉已銹蝕鋼筋處的一部分混凝土，以便對已銹蝕的鋼筋除銹，然后用鋼絲刷、壓縮空氣將縫隙內(nèi)的碎渣、浮灰等清除干凈。對較大面積混凝土的缺損和孔隙，采用無收縮水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，待水泥砂漿凝固后，對構(gòu)件表面仍存在的裂縫采用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行壓力灌漿封閉處理，待灌漿材料達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下面的操作。
（三）對被粘貼混凝土表面用砂輪或角磨機(jī)打磨，以除去表面疏松層及油污等雜質(zhì)，直至完全露出新的混凝土界面，并用壓縮空氣將表面浮灰清除干凈。柱的轉(zhuǎn)角處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓孤狀（R=50mm）。對于施工環(huán)境濕度較大，或混凝土粘貼表面潮濕的情況，還應(yīng)對粘貼面進(jìn)行干燥處理。當(dāng)混凝土表面凹凸不平時，應(yīng)用找平材料將缺陷部位填補(bǔ)平整，待找平材料表面干燥后，再進(jìn)行下一步施工。
?。ㄋ模┗讟渲淖饔檬羌訌?qiáng)碳纖維布與混凝土表面的粘結(jié)力，這對于加固效果的充分發(fā)揮是非常重要的。按產(chǎn)品使用說明規(guī)定的比例將甲、乙兩組份充份攪拌后，用滾筒刷均勻涂抹于混凝土表面。
?。ㄎ澹渲?zhàn)又鲃┡c硬化劑按2:l配比，充分?jǐn)嚢杈鶆颍媚ǖ秾⒛佔(zhàn)犹钛a(bǔ)于表面凹凸不平處，以手指接觸不粘手后再進(jìn)行下面的工作。
?。嚢韬玫慕櫂渲鶆蝻枬M涂抹于構(gòu)件所要粘貼的部位，厚度為1.5mm左右，不宜過薄。
（七）涂抹浸潤樹脂后，應(yīng)保證在規(guī)定的使用時間內(nèi)，將已按設(shè)計(jì)的尺寸裁剪好的碳纖維布迅速粘貼到位。粘貼過程要求平整、順直，不得有波紋、皺折或位置偏差。碳纖維布粘貼后，用特制的滾筒沿碳纖維布纖維方向(即在使用階段碳纖維布受力方向)多次滾壓擠出氣泡，確保不浮空，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結(jié)；同時，使粘結(jié)劑充分滲入纖維之間的縫隙內(nèi)。當(dāng)粘貼第2層碳纖維布時，先在第l層碳纖維布的表面涂刷浸潤樹脂，然后按前述方法粘貼第2層碳纖維布。最后，在碳纖維布表面再涂抹l層粘結(jié)劑，上覆塑料薄膜，并用木模板壓緊碳纖維布養(yǎng)護(hù)。
?。ò耍╋椕嫣幚碇辽?h以后，去除塑料薄膜，在碳纖維布表面涂抹l層基底樹脂。待基底樹脂用手指接觸不沾手后，外抹水泥砂漿做面層；最后根據(jù)原廠房使用環(huán)境的要求，對其表面涂刷耐火涂料。
通過以上分析，可以看出，碳纖維布具有強(qiáng)度高、自重輕、不改變截面等優(yōu)點(diǎn)，在未來的混凝土加固工程中應(yīng)用將越來越廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1]GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．
[2]CECS 146:2003，碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[s]．
[3]唐愛華．碳纖維加固鋼筋混凝土方柱軸心受壓承載力的計(jì)算[J]．建筑技術(shù)開發(fā)，2004，42(11)：13—14．
[4]CECS25：90，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[s]．
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土柱；碳纖維布；延性；受剪承載力；施工
一、應(yīng)用碳纖維布加固鋼筋混凝土柱的技術(shù)特點(diǎn)
鋼筋混凝土柱的加固方法有多種，常用的有增大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力撐桿加固法、置換法、外貼碳纖維布加固法等。而采用外貼碳纖維布加固法加固這些混凝土柱。具有以下特點(diǎn)：
第一,碳纖維布加固框架柱，是用纖維布纏繞柱體，使混凝土處于三向受力狀態(tài)。由于碳纖維布極高的抗拉強(qiáng)度以及和混凝土較好的粘結(jié)性能，使得碳纖維布有效約束混凝土，從而使其承載能力和延性有較大提高。有試驗(yàn)表明：有缺陷的柱通過碳纖維布環(huán)箍作用，其抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到相同等級混凝土的1.4倍。
第二,碳纖維布是一種厚度小、自重輕、柔韌性好的材料，它具有極高的抗疲勞性、抗徐變、抗酸堿、抗高溫的特性，所以用來加固混凝土柱可以滿足抗彎、抗壓和抗震的要求，并且還不會增大柱子的截面。
第三,這種加固方法有不破壞原結(jié)構(gòu)、施工簡便的優(yōu)點(diǎn)，加固完成后，結(jié)構(gòu)在使用過程中無需再投入維護(hù)費(fèi)用，使用壽命長。
二、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱延性的方法
采用倒T形，柱子的水平力加荷點(diǎn)位于柱子反彎點(diǎn)處，首先施加軸力至給定值；隨后，保持軸力值不變，循環(huán)加卸水平力。水平力加載方案為：試件屈服前用水平荷載來控制，分級加載至試件屈服，并記錄試件屈服位移△；試件屈服后，以屈服位移△，為增量反復(fù)循環(huán)，不斷增大試件位移，直至試件水平荷載下降至峰值荷載的85％為止。
鋼筋混凝土柱經(jīng)橫向包裹碳纖維布加固后，其變形性能得到了顯著改善，位移延性比明顯提高。通過對試驗(yàn)結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)影響延性系數(shù)大小的因素主要有：碳纖維布用量、軸壓比、剪跨比、混凝土強(qiáng)度等?；疽?guī)律為：加固柱延性的提高程度是隨著碳纖維布用量的增長而增大的；構(gòu)件軸壓比較小時加固效果較好；剪跨比較小時，使用碳纖維布可以提高短柱的抗剪承載力，轉(zhuǎn)變破壞形態(tài)，改善短柱的變形性能；構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度較低時加固效果較好。以上研究表明，采用碳纖維布加固鋼筋混凝土方柱時，對柱子轉(zhuǎn)角部位進(jìn)行倒圓角處理可以提高加固柱的延性，規(guī)律為：隨著角部圓弧半徑的增大，加固柱的延性提高幅度也隨之增大。
用碳纖維布橫向包裹鋼筋混凝土柱來提高其延性時，碳纖維布的主要作用就是對其內(nèi)部混凝土起到約束作用。碳纖維布約束混凝土是一種被動約束，隨著軸向壓力的增大，橫向膨脹促使外包碳纖維布產(chǎn)生環(huán)向伸長，從而提供側(cè)向約束力。約束機(jī)制取決于兩個因素：混凝土橫向膨脹性能和環(huán)向約束能力。碳纖維布約束混凝土表現(xiàn)出兩階段受力過程：第一階段，混凝土處于類似素混凝土的線彈性階段，橫向膨脹變形小，故碳纖維布的橫向應(yīng)變也很小，分界點(diǎn)在素混凝土峰值應(yīng)力附近；第二階段，構(gòu)件達(dá)到極限承載力后，混凝土橫向膨脹變形急劇增加，碳纖維布環(huán)向應(yīng)變顯著增長，環(huán)向約束力增加，混凝土的極限壓應(yīng)變得以提高，因而推遲了受壓區(qū)混凝土的壓碎，充分發(fā)揮了縱向鋼筋的塑性變形性能，顯著地改善了構(gòu)件的延性。
三、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱受剪承載力方法分析
（一）剔鑿松動混凝土、鋼筋除銹、澆筑高標(biāo)號混凝土
用人工首先將加固柱松動混凝土進(jìn)行輕輕剔鑿，切不可大力以防破壞密實(shí)混凝土，對主筋、箍筋銹蝕部分應(yīng)進(jìn)行除銹，露出金屬光澤，補(bǔ)焊鋼筋，外刷環(huán)氧漿液，再澆筑高標(biāo)號混凝土，振搗密實(shí)。
（二）裂縫灌漿
對柱表面裂縫采用化學(xué)壓力灌漿，先用環(huán)氧膠泥將裂縫封閉，形成閉合回路，預(yù)埋灌漿嘴，通過灌漿嘴進(jìn)行壓力灌漿，將裂縫封閉。
（三）表面處理
對柱混凝土表面用砂輪打磨，以除去表面疏松層及油污等雜質(zhì)，直至完全露出新的混凝土界面，并用壓縮空氣將表面浮灰清除干凈。
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?。ㄋ模┩克⒒讟渲?nbsp;
按產(chǎn)品使用說明充分?jǐn)嚢韬?，用滾筒刷均勻涂抹于柱混凝土表面。
?。ㄎ澹┨祭w維布粘貼
將結(jié)構(gòu)膠均勻涂沫后，將已剪好的碳纖維布迅速粘貼到位，并擠出氣泡，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結(jié)。對水平彎折部分，用鋼板緊密錨固。
?。┍砻嫣幚?nbsp;
至少8h后，在碳纖維布表面涂抹一層基底樹脂，干燥后外抹水泥砂漿作面層。
四、應(yīng)用碳纖維布增強(qiáng)鋼筋混凝土柱的施工方法
?。ㄒ唬M補(bǔ)強(qiáng)加固構(gòu)件的混凝土表面及其處理方法，基底樹脂的涂敷，碳纖維布的粘貼、養(yǎng)護(hù)、表面整飾等進(jìn)行充分研究和設(shè)計(jì)，并對使用材料、配套樹脂、機(jī)具等做好準(zhǔn)備工作。
?。ǘ┯捎谠撝糠咒摻钜唁P蝕，需先打掉已銹蝕鋼筋處的一部分混凝土，以便對已銹蝕的鋼筋除銹，然后用鋼絲刷、壓縮空氣將縫隙內(nèi)的碎渣、浮灰等清除干凈。對較大面積混凝土的缺損和孔隙，采用無收縮水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，待水泥砂漿凝固后，對構(gòu)件表面仍存在的裂縫采用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行壓力灌漿封閉處理，待灌漿材料達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行下面的操作。
（三）對被粘貼混凝土表面用砂輪或角磨機(jī)打磨，以除去表面疏松層及油污等雜質(zhì)，直至完全露出新的混凝土界面，并用壓縮空氣將表面浮灰清除干凈。柱的轉(zhuǎn)角處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓孤狀（R=50mm）。對于施工環(huán)境濕度較大，或混凝土粘貼表面潮濕的情況，還應(yīng)對粘貼面進(jìn)行干燥處理。當(dāng)混凝土表面凹凸不平時，應(yīng)用找平材料將缺陷部位填補(bǔ)平整，待找平材料表面干燥后，再進(jìn)行下一步施工。
?。ㄋ模┗讟渲淖饔檬羌訌?qiáng)碳纖維布與混凝土表面的粘結(jié)力，這對于加固效果的充分發(fā)揮是非常重要的。按產(chǎn)品使用說明規(guī)定的比例將甲、乙兩組份充份攪拌后，用滾筒刷均勻涂抹于混凝土表面。
?。ㄎ澹渲?zhàn)又鲃┡c硬化劑按2:l配比，充分?jǐn)嚢杈鶆颍媚ǖ秾⒛佔(zhàn)犹钛a(bǔ)于表面凹凸不平處，以手指接觸不粘手后再進(jìn)行下面的工作。
?。嚢韬玫慕櫂渲鶆蝻枬M涂抹于構(gòu)件所要粘貼的部位，厚度為1.5mm左右，不宜過薄。
（七）涂抹浸潤樹脂后，應(yīng)保證在規(guī)定的使用時間內(nèi)，將已按設(shè)計(jì)的尺寸裁剪好的碳纖維布迅速粘貼到位。粘貼過程要求平整、順直，不得有波紋、皺折或位置偏差。碳纖維布粘貼后，用特制的滾筒沿碳纖維布纖維方向(即在使用階段碳纖維布受力方向)多次滾壓擠出氣泡，確保不浮空，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結(jié)；同時，使粘結(jié)劑充分滲入纖維之間的縫隙內(nèi)。當(dāng)粘貼第2層碳纖維布時，先在第l層碳纖維布的表面涂刷浸潤樹脂，然后按前述方法粘貼第2層碳纖維布。最后，在碳纖維布表面再涂抹l層粘結(jié)劑，上覆塑料薄膜，并用木模板壓緊碳纖維布養(yǎng)護(hù)。
?。ò耍╋椕嫣幚碇辽?h以后，去除塑料薄膜，在碳纖維布表面涂抹l層基底樹脂。待基底樹脂用手指接觸不沾手后，外抹水泥砂漿做面層；最后根據(jù)原廠房使用環(huán)境的要求，對其表面涂刷耐火涂料。
通過以上分析，可以看出，碳纖維布具有強(qiáng)度高、自重輕、不改變截面等優(yōu)點(diǎn)，在未來的混凝土加固工程中應(yīng)用將越來越廣泛。
參考文獻(xiàn)
[1]GB50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[s]．
[2]CECS 146:2003，碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[s]．
[3]唐愛華．碳纖維加固鋼筋混凝土方柱軸心受壓承載力的計(jì)算[J]．建筑技術(shù)開發(fā)，2004，42(11)：13—14．
[4]CECS25：90，混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范[s]．
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）
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