德州混凝土裂缝加固

碳纤维布加固之大偏心受压构件
在钢筋混凝土建筑及桥梁中，偏疼受压构件的使用较多，如梁桥中的墩身、柱根底等。这类结构(构件)的一个一起特点是正截面上效果着轴心压力和弯矩。
偏疼受压构件由于使用较多，在钢筋混凝土中也是容易被损坏的构件，一般情况下，偏疼受压构件的损坏特征如下：
当相对偏疼距较大，且受拉钢筋配筋率较小时，偏疼受压构件的损坏是由于受拉钢筋首先到达屈从强度而导致受压混凝土压碎，这一损坏称为大偏疼受压损坏。其接近损坏时有显着的征兆，横向裂缝展开显著，构件的承载力取决于受拉钢筋的强度和数量。
当相对偏疼距较小，或虽然相对偏疼距较大，但构件配置的受拉钢筋较多时，就有可能首先使受压区混凝土先被压碎。在通常情况下，接近轴力效果一侧的混凝土先被压坏，受压钢筋的应力也能到达抗压规划强度；而离轴向力较远一侧的钢筋仍可能受拉但并未到达屈从，但也可能仍处于受压状况。临损坏时，受压区高度略有添加，损坏时无显着征兆。这种损坏属于小偏疼受压损坏。
在目前的钢筋混凝土加固办法中，用张贴碳纤维布的办法加固大偏疼受压构件使用广泛。该办法是经过配套碳纤维胶将碳纤维布张贴于构件之上，到达加固补强的效果。选用碳纤维布加固大偏疼受压构件需要注意的是：
当选用碳纤维布加固大偏疼受压的钢筋混凝土柱时，应将碳纤维布张贴于构件受拉区边际混凝土外表，且纤维方向应与柱的纵轴线方向共同。这是由于碳纤维布不能接受压力，只能考虑其抗拉效果，因而标准规定将碳纤维布的受力办法规划成仅接受拉应力效果。
别的，在大偏疼受压构件加固核算中，对碳纤维布之所以不考虑强度利用系数，是由于在实践工程中绝大多数偏疼受压构件均处于受压状况。因而，在承载能力极限状况下，受拉侧的拉应变是从受压侧应变转化过来的，故不存在拉应变滞后的问题，亦即以为碳纤维布的抗拉强度能得到充分发挥。

在结构加固工程中，可以采用的加固方法有很多，既有传统的加固方法，也有新型的加固方法，而粘钢加固和碳纤维加固就是代表性的2种加固方法。粘钢加固和粘贴碳纤维加固具有相似的加固原理，它们作为加固技术具有较多的优势，而且适用性都很强。那么碳布和粘钢板加固可以互换吗?
碳布与粘钢加固的相似之处，从适用范围上，碳布与粘钢同样可用于受弯构件、大偏心受压构件与受拉构件，例如在梁底粘贴碳布或者钢板，均可提高结构承载力，达到加固补强的目的;从原理上来看，碳布与粘钢都是利用结构胶将碳布或钢板粘贴至混凝土基材上，令加固材料与基材形成整体共同受力;从施工流程看，两种方法都受结构胶影响较大，加固前均需要卸载，未进行卸载或卸载不彻底都会产生二次受力，造成加固材料受力滞后。
碳纤维布与钢板在结构加固中起到的作用，可以等同为增加钢筋混凝土结构中的配筋率。因此在一定程度上，碳纤维布加固与粘钢加固可以相互替换。碳布与粘钢加固既有相似之处，又有不同之处，它们都有各自的优势。
对于粘贴碳纤维布来说，常用的碳纤维布自重仅有200g/㎡和300g㎡两种类型，其设计厚度也是较为轻薄，一层200g/㎡碳纤维布厚度仅为0.111mm，施工速度约为粘钢加固的2~3倍。碳纤维加固灵活多样，不会导致建筑物内其他构件的连锁加固，经济效益高。加固过程中不会改变结构外观，对原结构损伤较小，结构自重增加较小。施工现场湿作业工作量少，施工便捷坚固耐用。
粘钢板加固由于钢板的物理力学性能为各向同性，在进行受力的时候能够均匀受力，但是其施工时需要的夹具和施工器械，施工工序胶碳纤维布加固较为繁琐复杂。对于采用粘钢加固来说，所粘贴钢板的宽度不宜大于100mm，当采用手工涂胶粘贴钢板，钢板厚度不应大于5mm。采用压力注胶粘贴钢板，其厚度不应大于10mm，且需要按照外粘型钢加固法的焊接节点构造进行设计。对于普通小荷载结构或者构件，经计算其补强所需面积小，粘贴碳纤维布1~2层即可满足要求时，要先考虑采用粘钢板加固加固法来进行处理。
在加固工程中，可以采用的加固方法有很多，而且适用性都很强。对于加固方法的选择，要根据加固工程的实际情况来决定，任何加固方法都有自己的局限性。所以施工单位需要掌握每种加固工法的优势，将每种加固工法的优势充分发挥出来，这样可以更加地完成加固工程。

在工程应用研究方面，重点研究碳纤维片材（碳纤维布/碳纤维板之总称）。在90年代由国家课题支持开展碳纤维片材在混凝土结构（包括桥梁、隧道、水利设施和房建结构），取得了应用成果并得到广泛推广。2003年由中国工程建设标准化协会颁布了《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146：2003），作为性文件提供了设计施工和质量检验依据。而碳纤维片材用于桥梁加固技术是目前应用较为普遍的技术之一，其十几年来的应用为桥梁加固事业作出了历史性的贡献。
　　针对传统桥梁加固改造工程中所存在不足，诸如：因采用的加固材料（如钢板/纤维布）温缩模量与混凝土钢筋混凝土材料的温缩模量差异较大，不能形成同步的温缩变形状态，影响加固耐久性；采用钢材加固增加防锈处理等后期维护投人；以及采取截面法，结构面会留下不和谐修补“伤疤” 影响结构外观和技术状况评价等问题，碳纤维筋桥梁加固是一项新的应用外粘高性能碳纤维复合材料增强结构技术，主要形式包括“嵌人植筋加强法" 和“体外配筋扩大截面增强法"。碳纤维筋与高强聚合物砂浆的联合使用充分利用了纤维棒筋的抗拉伸强度、聚合物砂浆的快凝强度和砂浆与钢筋混凝土结构的温缩模量的近似特性，既可提升钢筋混凝土结构的承载能力，也可充分利用新材料环境特征，达到维修、加固、利用与修旧翻新的综合作用。
2.碳纤维复合筋的性能
　　碳纤维复合筋为棒型材料，主要成分为由碳纤维，通过技术处理与树脂高温固化而成。碳纤维分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数在0.9以上。碳纤维根据原丝类型可分为聚（PAN）基、沥青基和粘胶基3种，由原丝纤维加热**温后除杂获得。根据碳纤维原丝类型可分为聚（PAN）基、沥青基和粘胶基3 种。目前,PAN碳纤维按力学性能又分为高模量**高模量、高强度和**高强度4种；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束以1K、3K、6K、12K和24K（1 K为1 000根长丝单位重量），大丝束为48K以上。
2.1碳纤维的优势
　　碳纤维具有较强的防水和防渗漏的特点，具有耐酸、耐碱的耐腐蚀性，阻燃性和良好的力学性能和良好的导电导热性，因此也在建筑工程和其他领域被广泛运用。据投资顾问行业研究中心相关统计数据显示,目前,世界碳纤维的需求量将以每年约13%的速度增长。由此可见，碳纤维的使用将越来越广泛。
2.2碳纤维复合筋的特性
　　碳纤维复合筋的主要技术指标及其与钢筋对比如下表：
表1 碳纤维复合筋的技术指标及其与钢筋的对比表
名称
碳纤维复合筋
钢筋
密度（g/cm3）
1.5
7.9
抗拉强度（MPa）
≥1800
≥500
弹性模量（GPa）
≥140
≥200
线膨胀系数10-6/℃
0.6
12
　　从表格中可以看出，碳纤维复合筋的密度远远小于钢筋，同样体积的材料，重量上碳纤维复合筋的优势很大；碳纤维复合筋抗拉强度也大于钢筋，其热膨胀系数较低，就说明在相同的温度下，膨胀的程度会低很多。
　　碳纤维复合筋的主要性能：（1）质量轻（相当于钢密度的1/5）；（2）强度高（抗拉强度是钢筋的4到5倍）；（3）密度小（1.5g/cm3）；（4）弹性模量高（弹性回复100％）；（5）热膨胀系数小，耐高温和低温性好；（6）耐酸性好，对酸呈惰性，耐浓酸侵蚀；（7）与砂浆附着力强。
3. 聚合物砂浆特点
　　聚合物砂浆是由水泥、速凝添加剂、粉末状聚合物、碎石与水等混合拌制而成，其粘结强度高，热膨胀系数与混凝土类似。
　　聚合物砂浆的主要特点：（1 )黏附性好，与原结构旧混凝土表面黏附良好，使纤维筋与原结构共同受力；（2）稳定性好，能有效抑制有害物质的渗透和扩散；（3）和易性好，利用快捷、速凝的功能特点，修缮结构腐蚀表面，达到修旧如新。聚合物砂浆可以维修各种老化受损的混凝土表面。
4. 国内桥梁加固现状
　　桥梁作为公路交通的关键设施，具有跨越深谷、承受运载、通航泄洪、保证安全、连接路网的重要功能。目前，我国各级公路上营运的桥梁总数达 60余万座。
　　按桥梁设计技术标准对大中小类型的桥梁平均使用寿命测算，桥梁平均设计使用寿命在50年左右。全国年均需要改造翻新的桥梁约有10 000 余座，合计约60余万延米。以二级路为例，每年国家需要投人的桥梁改造费用上百亿币，这是一笔巨大的投资。根据近10年危桥改造的统计数据表明，现有重交通组成作用下的桥梁使用寿命平均在33年之内，部分路段桥梁的使用寿命甚至更短。如何更有效的延长桥梁的使用寿命、如何更有效的提高危险桥梁的改造利用技术、如何将加固后的桥梁变得更持久，是当前桥梁管理中面临且急需解决的问题。
　　面对当前大规模的桥梁改造任务，各级桥梁管理部门都十分重视其处理效果，近年来积极研究和寻求有效的维修加固新技术，但这并不是一件容易的事情，目前在桥梁加固改造中常采用的技术还是十几年前的研究成果，主要方法如：“钢板加固法”、“扩大截面加固法”、“体外（内）预应力加固法”、“碳纤维布加固法”等，这些材料技术为轻交通状态下的桥梁加固做出过贡献。随着近几年重交通的发展和扩散，现有桥梁的加固材料和工艺技术在适应性方面面临巨大挑战。一方面是目前所使用的加固材料（如钢板/纤维布）其温缩模量与混凝土钢筋混凝土材料的温缩模量差异较大，造成加固后的补强材料与原结构的温缩变形差异化，形成不同步的温缩变形状态，影响加固耐久；另一方面当前加固中为提高结构受力的高强材料仍然采用钢材，因钢材有防锈处理的要求，这样就了后期的维护投人，在结构层面上需要增设3 cm以上厚度的防锈保护，造成自重增加，影响使用效果；此外，在截面法中，因材料强度因素，需要增厚自重增加，影响结构受力和加固效果。现有加固材料和工艺中即便是解决了受力要求，但施工后的结构面会留下不和谐修补“伤疤”，影响结构外观和技术状况评价。
　　由此可见，研究和选择一种高强、防腐蚀、经济、施工方便，且与钢筋混凝土材料温缩模量相一致的维修加固材料，达到理想的加固改造，且能提高桥梁的承载能力是十分迫切和必要的工作。
首先原构件混凝土表面去除表面浮浆、油污等杂质，并对混凝土构件加固部位进行凿毛处理。对加固表面缺损的坑洼部位采用高强聚合物砂浆预先修补，待混凝土表面干燥后涂抹界面剂。随后安装锚具及碳纤维复合筋，利用锚具固定碳纤维复合筋，碳纤维复合筋应紧贴加固面，压条及螺栓均应采用不锈材料；安装完后，喷涂高强聚合物砂浆，砂浆厚度不小于20MM，施工温度应在10℃-35℃，后对表面进行养护.

碳纤维布加固修复混凝土裂缝
1、引言
碳纤维材料用于混凝土裂缝加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。目前，随着我国经济建设的逐步增长，已竣工的工程和在建工程，特别是公建工程随房屋功能的需要的不同而改变，难以满足当前规范使用的需求，结构需进行维修、加固，目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢法、粘钢加固法和碳纤维加固法。前3种的加固方法施工周期长、占地大、小。碳纤维布加固是目前设计单位加固设计中常用的一项，它具有强度高、施工速度快、高的特点。碳纤维布的抗拉强度能达到3400mpa以上，受力弹性模量在240000mpa以上,延伸率能达到2%，单位面积质量≦300g/㎡。
2、碳纤维布加固混凝土结构的技术特点
碳纤维布加固法是将抗拉强度较高的碳纤维用预浸成为复合增强材料；用粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝同受力结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性，达到结构补强和改善结构受力的目的。与加大截面法、外包钢法、粘钢加固法相比碳纤维布加固具有明显的优势：具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，悍马碳素纤维作为新型的补强材料，而备受青睐和关注。
（1）抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍，能达到提高结构的承载力，改善结构的受力性，达到加固目的。
（2）自身重量轻薄，密度只有普通钢材的1/4，经加固后的原构件基本不会自身重量和尺寸。
（3）耐腐浊、耐久性好，可阻抗化学腐浊和恶劣环境、气候变化。经研究实践表明在外面的碳纤维布的寿命在30年左右。而表面涂抹水泥砂浆保护层或其他保护材料的碳纤维布寿命在50年左右。
（4）施工方便简便、施工速度快、基本不占用场地、省时省力施工质量易保证。
（5）适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可以加固。特别是对其他加固方法无法进行结构加固的结构碳纤维加固法都可以进行加固施工。像隧道、烟囱、受盐腐的混凝土、桥梁等。可大幅度提高构件的承载力、抗震性能和耐久性能。
3、碳纤维布加固工程实例
3.1概述
广场6#楼位于该县老汽车站。一至七层为购物中心，建筑面积43760㎡，集购物、休闲、为一体。在工程施工至4层结构时由于招商引入某影业有限公司在a区6、7层增设电影院。由于影院功能需求影厅高度要达到9米以上，因此影厅内7层楼面取消，经设计院对a区重新设计验算对4层以下及地下室柱、进行加固处理。
3.2加固方案
设计院提出2套加固方案
1、外包钢加固法：梁部位加固在梁底粘贴6mm厚钢板，柱加固在柱四角包8mm×l80 mm角钢4mm×50厚缀板@250焊接灌浆。优点：加固材料可控性好，定期保养、油漆是钢板长期不锈。缺点施工难度大，周期长，增加构件自重，钢板与混凝土结构不易粘结。
2、碳纤维布加固法：选用碳纤维布的抗拉强度达到3400mpa以上，受力弹性模量在240000mpa以上,延伸率能达到2%，单位面积质量≦300g/㎡。优点：施工容易，重量轻、体积小，速度快，碳纤维布与混凝土结构易结合，寿命能达到30～50年。
考虑到时间就是效益，选用碳纤维布加固法进行加固处理，使工程能提前完工，商场提前开业为提前创造效益。
3.3施工工艺流程
施工准备→混凝土表面处理→找平材料配置→构件表面残缺修补→底胶配置→涂刷底胶→浸渍树脂胶配置→粘贴碳纤维布→表面养护。
3.4施工工艺要点
3.4．1、表面处理
1）、混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
2）、裂缝部位，如有必要应行封闭处理。
3）、用混凝土角磨机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（r³ 10mm）。
4)、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。使用高强度聚合物砂浆修补表面凹陷底部分。
3.4.2、构件表面残缺系修补
1）、混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平，模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补，尽量减少高差。
2）、转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。
3）、整平胶料须固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），方可再进行下一道工序。
3．4.3、涂底胶
1）、按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间，在规定时间内用完。
2）、用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不**过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。
3.4.4、碳纤维布粘贴
1）、粘贴碳纤维布的气温应在10℃以上，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非要求，碳纤维布长度应在3m以内。
2）、按悍马厂家提供的施工工艺规定配置浸渍胶，比重称量正确装入容器充分搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。
3）、用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。当需要搭接粘贴时，搭接长度应大于10cm。多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面指触感干燥为宜，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。
4）、在外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
3.4.5、养护
粘贴碳纤维布后，自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期不受外界干扰和碰撞。碳纤维布粘贴后达到设计值自然养护应在14天左右。
4、加固效果
碳纤维布粘贴完成达到龄期后，请检测部门对其与混凝土结合强度做了破坏性拉拔试验，试验结果拉拔强度**过设计要求，碳纤维布牢固的与混凝土粘结在一起，达到了设计要求。
5、结论
碳纤维布具有轻、薄、高强度、抗腐浊、耐老化等优点。很好的与混凝土结构形成一个共同体，使混凝土结构补强的抗拉强度达到一定的目的。
碳纤维布加固法与粘钢加固法比较费用差不多，但悍马碳纤维布加固施工方法简单、速度快捷、高、施工场地占用少、工期短，在工期上具有明显的优势。
碳纤维布加固法效果好，强度高、适用范围广、施工质量容易保证、耐腐浊及耐久性好不受环境条件的影响，采用悍马碳纤维布加固后基本不增加结构自身的尺寸和重量，能适应各种其它加固无法施工的结构，碳纤维加固在越来越多的领域广泛应用。
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