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摘要:本文以某工程為項目背景，針對民用建筑地下室運用預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固進(jìn)行研究，闡述了碳纖維材料的基本概念和預(yù)應(yīng)力碳板加固的優(yōu)勢特點及加固原理，總結(jié)了預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的施工工藝，并針對施工的實際情況提出了施工控制要點。

關(guān)鍵詞:民用建筑;地下室加固;預(yù)應(yīng)力加固;碳纖維板

1碳纖維概述

碳纖維材料作為替代鋼材進(jìn)行混凝土加固的技術(shù)研究始于瑞士，并應(yīng)用成功，我國從20世紀(jì)90年代開始對碳纖維的增強加固技術(shù)進(jìn)行研究，在借鑒和吸收國外的研究成果的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究探索，積累了一大批研究成果，特別是在碳纖維預(yù)應(yīng)力張拉強度和錨具方面取得了不錯的成就。碳纖維復(fù)合材料由高強度纖維混合樹脂經(jīng)過固化拉擠成型，相對于傳統(tǒng)鋼筋的質(zhì)量和抗拉強度都有無法比擬的優(yōu)勢，而且不受腐蝕和銹蝕的影響，1995年日本大地震之后，利用碳纖維材料在混凝土結(jié)構(gòu)修補加固在日本開始快速發(fā)展，隨著碳纖維技術(shù)的不斷進(jìn)步，作為一種新型的加固方法和加固材料無論在加固效果還是施工工藝方面，都大大優(yōu)于傳統(tǒng)加固方法和加固材料，且碳纖維材料具有較高的安全性和耐久性，因而碳纖維材料具有優(yōu)點:①碳纖維由于自重較輕，因而對結(jié)構(gòu)不構(gòu)成負(fù)擔(dān)，同時耐腐蝕和耐久性較好;②可根據(jù)結(jié)構(gòu)和加固要求任意裁剪，施工難度不大;③不受結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀的限制，只需要腳手架就可以靈活地進(jìn)行施工;④環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑不會對混凝土結(jié)構(gòu)造成新的破壞;⑤碳纖維加固結(jié)構(gòu)既環(huán)保又美觀;⑥品質(zhì)與經(jīng)濟(jì)性兼得。

2工程概況

某工程中的加固范圍為地下室頂板加固。加固的處理方式:地下室頂板鋼支撐頂升、板底新增鋼筋、板底粘碳纖維板、板底粘鋼板、裂縫修補及加固后表面抹灰等項目，碳纖維加固作為新技術(shù)，有著良好的加固效果同時施工靈活方便，有著獨特的優(yōu)勢，所以本文著重從預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工(見圖1)進(jìn)行分析。

3預(yù)應(yīng)力碳板加固的特點

1)碳纖維板因其獨特的物理性能決定了它具有良好的抗拉伸、抗腐蝕和抗震性，據(jù)實驗得知，在正常環(huán)境下經(jīng)過1萬次的凍融，模擬正常光照和濕度等作用下，碳纖維的性能無明顯衰減，另外碳纖維板的抗拉強度為普通鋼筋的10倍以上，同時有著高彈性模量的優(yōu)點，和環(huán)氧樹脂結(jié)合可以有效地用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固。2)同等條件下，重量只有傳統(tǒng)鋼材的1/5，并且有著出色的韌性，同時可以任意長度定制自由剪裁，比傳統(tǒng)的鋼絞線更具有優(yōu)勢。3)施工靈活方便，碳板無需預(yù)加工質(zhì)量可控，不需要明火及濕作業(yè)和大型機械進(jìn)場，經(jīng)濟(jì)便捷，施工周期短。4)得益于其良好的物理性能，不受環(huán)境的腐蝕，在目前建筑材料中，是最好的耐腐蝕材料之一，良好的耐腐性能使得后期的維護(hù)成本極低。5)碳板搭配主動預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)可以更好地發(fā)揮其加固效果。6)碳板相比碳布更順直易舒展。7)據(jù)實驗得知，一塊厚度為1．2mm的碳板即可達(dá)到5層碳布的同等作用(詳細(xì)參數(shù)見表1)。8)磚混結(jié)構(gòu)墻體加固中碳板更適用。9)碳板顯著改善混凝土整體結(jié)構(gòu)延展性及拉應(yīng)力。10)相較于傳統(tǒng)的鋼絞線預(yù)應(yīng)力加固方式，碳纖維板加固應(yīng)力衰減比鋼絞線小，根據(jù)國外的相關(guān)研究證明，在2000MPa經(jīng)過1000萬次應(yīng)力循環(huán)后碳纖維板仍可以保證75%以上的強度，所以，以最大應(yīng)力的50%為初始應(yīng)力時，其松弛情況可以忽略不計。

4預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固原理

預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固分布在地下室板底，通過錨桿固定錨具對碳纖維板進(jìn)行夾緊施加相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力通過碳纖維板傳遞到與錨具相連的板底混凝土結(jié)構(gòu)上，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)在外力載荷條件下應(yīng)力發(fā)生過大情況時，可通過碳板預(yù)先施加的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行抵消，防止混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和裂縫，從而提高整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力，大大提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗變形裂縫能力。碳纖維板拉伸強度的發(fā)揮是以結(jié)構(gòu)體的大變形為前提的，所以通過對碳纖維板進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加可以解決混凝土結(jié)構(gòu)的變形情況，有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，但同時因為混凝土結(jié)構(gòu)在受力變形時，碳纖維板和所承載的錨具需要承受巨大的應(yīng)力，所以容易發(fā)生碳纖維板及錨具和混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生剝離和破壞情況，這也是制約預(yù)應(yīng)力碳板加固技術(shù)的重要的因素，所以目前工程界大量的科研人員正在進(jìn)行實驗研究以解決碳纖維板錨固和預(yù)應(yīng)力的問題。

5施工工藝

1)混凝土表面處理常用角磨機打磨混凝土表面并用氣嘴吹去表面浮塵。2)按圖紙要求進(jìn)行放線以初定畫出錨具位置和計算碳板需要長度，同時需要注意探明鋼筋所在位置以進(jìn)行避讓。3)在確定的錨具位置進(jìn)行打孔作業(yè)，同時找平和清理孔位后再埋入錨栓。4)在夾具模腔內(nèi)均勻涂抹碳板專用膠并將碳板放入后固定蓋板，等待固化。需要注意安裝夾具和碳纖維板環(huán)境需要干燥平整。5)安裝固定板后進(jìn)行調(diào)節(jié)，在確定所有錨栓的軸線和受剪方向一致后用扳手再次緊固碳板夾具螺絲。將碳板夾具推入固定板軌道槽內(nèi)，要求墻墩和固定端的距離小于100mm，與張拉端的末端間距小于200mm，安裝上張拉裝置，把待用的碳板夾具旋上固定用拉桿，安裝止推板，固定鎖緊。6)將夾具插入對應(yīng)固定板內(nèi)并安裝千斤頂進(jìn)行張拉加載，一般預(yù)張拉范圍為25kN左右，在預(yù)張拉同時需要對結(jié)構(gòu)體撓度變化進(jìn)行持續(xù)觀測，張拉預(yù)應(yīng)力可根據(jù)下列公式計算。σcon=e×εl=e×Δl/l式中，σcon為張拉應(yīng)力;e為彈性模量;εl為碳板應(yīng)變值;Δl為碳板延展量;l為碳板長度。7)卸載千斤頂后鎖緊兩端固定板錨栓螺母，另外在碳纖維表面涂抹碳板膠并進(jìn)行逐級間隙式張拉，每級張拉后需停止2～3min再進(jìn)行下一級張拉，張拉完成后旋緊拉桿螺母，拆除千斤頂和張拉裝置，清除多余碳板膠。8)安裝碳板壓條時應(yīng)使用品質(zhì)合格的環(huán)氧樹脂砂漿，并在碳板兩邊進(jìn)行粘結(jié)劑涂抹5mm厚作為碳板保護(hù)層，最后給錨具兩端安裝防護(hù)罩，碳纖維板預(yù)應(yīng)力張拉體系中，鋼制件的錨具容易發(fā)生氧化銹蝕，需要涂抹油脂進(jìn)行防銹處理，碳板為碳絲與樹脂復(fù)合材料所以應(yīng)避免紫外線照射，以避免加速老化。9)對纖維板進(jìn)行固化養(yǎng)護(hù)，待其達(dá)到指定強度即可受力。10)全部完成后，報請監(jiān)理或甲方驗收。然后填寫隱檢資料，分項/分部工程質(zhì)量報驗認(rèn)可單，請甲方負(fù)責(zé)人、監(jiān)理簽字。

5．1施工控制要點

①當(dāng)平行粘貼多條碳纖維板時，兩條板帶之間的空隙不得小于5mm;②要求墻墩和固定端的距離小于100mm，與張拉端的末端間距小于200mm;③預(yù)張拉范圍為25kN左右，在預(yù)張拉同時需要對結(jié)構(gòu)體撓度變化進(jìn)行持續(xù)觀測;④每行需逐級間隙式張拉，每級張拉后需停止2～3min再進(jìn)行下一級張拉;⑤對于養(yǎng)護(hù)時間要求:當(dāng)施工環(huán)境溫度大于25℃時固化養(yǎng)護(hù)時間為7d，小于25℃時固化養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)相應(yīng)延長，如果低于5℃需要進(jìn)行輔助養(yǎng)護(hù)固化措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù);⑥碳板的產(chǎn)品存儲條件應(yīng)保持干燥、避免太陽直曬;⑦不可暴力在地面上滾動或拖拉碳纖維板材料，以免損壞;⑧碳纖維板為脆性材料，如果張拉操作不當(dāng)可能出現(xiàn)劈裂、斷裂等情況，所以在施工過程中應(yīng)當(dāng)做好保護(hù)措施，不可在碳板軸線正下方進(jìn)行操作，以免發(fā)生危險;⑨張拉操作時的需保證場地照明、現(xiàn)場通風(fēng)、視線開闊。

6結(jié)論

本文以某工程為項目背景，總結(jié)了預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的施工工藝并針對施工的實際情況提出了施工控制要點。經(jīng)實際項目經(jīng)驗證明，利用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的地下室混凝土結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)加固方式相對比，從實用性、經(jīng)濟(jì)性和耐久性、美觀性，施工便捷性都有著優(yōu)勢，該技術(shù)在實際工程應(yīng)用中具有良好的經(jīng)濟(jì)價值，本文探討的預(yù)應(yīng)力碳纖維板的加固施工話題有著現(xiàn)實意義。

作者：趙淳 單位：萬科( 成都) 企業(yè)有限公司