民用建筑地下室碳纤维板加固施工技术范文

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摘要:本文以某工程为项目背景，针对民用建筑地下室运用预应力碳纤维板的加固进行研究，阐述了碳纤维材料的基本概念和预应力碳板加固的优势特点及加固原理，总结了预应力碳纤维板加固的施工工艺，并针对施工的实际情况提出了施工控制要点。

关键词:民用建筑;地下室加固;预应力加固;碳纤维板

1碳纤维概述

碳纤维材料作为替代钢材进行混凝土加固的技术研究始于瑞士，并应用成功，我国从20世纪90年代开始对碳纤维的增强加固技术进行研究，在借鉴和吸收国外的研究成果的基础上进行研究探索，积累了一大批研究成果，特别是在碳纤维预应力张拉强度和锚具方面取得了不错的成就。碳纤维复合材料由高强度纤维混合树脂经过固化拉挤成型，相对于传统钢筋的质量和抗拉强度都有无法比拟的优势，而且不受腐蚀和锈蚀的影响，1995年日本大地震之后，利用碳纤维材料在混凝土结构修补加固在日本开始快速发展，随着碳纤维技术的不断进步，作为一种新型的加固方法和加固材料无论在加固效果还是施工工艺方面，都大大优于传统加固方法和加固材料，且碳纤维材料具有较高的安全性和耐久性，因而碳纤维材料具有优点:①碳纤维由于自重较轻，因而对结构不构成负担，同时耐腐蚀和耐久性较好;②可根据结构和加固要求任意裁剪，施工难度不大;③不受结构现状的限制，只需要脚手架就可以灵活地进行施工;④环氧树脂粘结剂不会对混凝土结构造成新的破坏;⑤碳纤维加固结构既环保又美观;⑥品质与经济性兼得。

2工程概况

某工程中的加固范围为地下室顶板加固。加固的处理方式:地下室顶板钢支撑顶升、板底新增钢筋、板底粘碳纤维板、板底粘钢板、裂缝修补及加固后表面抹灰等项目，碳纤维加固作为新技术，有着良好的加固效果同时施工灵活方便，有着独特的优势，所以本文着重从预应力碳纤维板加固施工(见图1)进行分析。

3预应力碳板加固的特点

1)碳纤维板因其独特的物理性能决定了它具有良好的抗拉伸、抗腐蚀和抗震性，据实验得知，在正常环境下经过1万次的冻融，模拟正常光照和湿度等作用下，碳纤维的性能无明显衰减，另外碳纤维板的抗拉强度为普通钢筋的10倍以上，同时有着高弹性模量的优点，和环氧树脂结合可以有效地用于混凝土结构的加固。2)同等条件下，重量只有传统钢材的1/5，并且有着出色的韧性，同时可以任意长度定制自由剪裁，比传统的钢绞线更具有优势。3)施工灵活方便，碳板无需预加工质量可控，不需要明火及湿作业和大型机械进场，经济便捷，施工周期短。4)得益于其良好的物理性能，不受环境的腐蚀，在目前建筑材料中，是最好的耐腐蚀材料之一，良好的耐腐性能使得后期的维护成本极低。5)碳板搭配主动预应力系统可以更好地发挥其加固效果。6)碳板相比碳布更顺直易舒展。7)据实验得知，一块厚度为1．2mm的碳板即可达到5层碳布的同等作用(详细参数见表1)。8)砖混结构墙体加固中碳板更适用。9)碳板显著改善混凝土整体结构延展性及拉应力。10)相较于传统的钢绞线预应力加固方式，碳纤维板加固应力衰减比钢绞线小，根据国外的相关研究证明，在2000MPa经过1000万次应力循环后碳纤维板仍可以保证75%以上的强度，所以，以最大应力的50%为初始应力时，其松弛情况可以忽略不计。

4预应力碳纤维板的加固原理

预应力碳纤维板加固分布在地下室板底，通过锚杆固定锚具对碳纤维板进行夹紧施加相应的预应力，预应力通过碳纤维板传递到与锚具相连的板底混凝土结构上，当混凝土结构在外力载荷条件下应力发生过大情况时，可通过碳板预先施加的预应力进行抵消，防止混凝土结构发生变形和裂缝，从而提高整体结构的稳定性和承载力，大大提升混凝土结构的抗变形裂缝能力。碳纤维板拉伸强度的发挥是以结构体的大变形为前提的，所以通过对碳纤维板进行预应力施加可以解决混凝土结构的变形情况，有效提高混凝土结构的承载力，但同时因为混凝土结构在受力变形时，碳纤维板和所承载的锚具需要承受巨大的应力，所以容易发生碳纤维板及锚具和混凝土结构发生剥离和破坏情况，这也是制约预应力碳板加固技术的重要的因素，所以目前工程界大量的科研人员正在进行实验研究以解决碳纤维板锚固和预应力的问题。

5施工工艺

1)混凝土表面处理常用角磨机打磨混凝土表面并用气嘴吹去表面浮尘。2)按图纸要求进行放线以初定画出锚具位置和计算碳板需要长度，同时需要注意探明钢筋所在位置以进行避让。3)在确定的锚具位置进行打孔作业，同时找平和清理孔位后再埋入锚栓。4)在夹具模腔内均匀涂抹碳板专用胶并将碳板放入后固定盖板，等待固化。需要注意安装夹具和碳纤维板环境需要干燥平整。5)安装固定板后进行调节，在确定所有锚栓的轴线和受剪方向一致后用扳手再次紧固碳板夹具螺丝。将碳板夹具推入固定板轨道槽内，要求墙墩和固定端的距离小于100mm，与张拉端的末端间距小于200mm，安装上张拉装置，把待用的碳板夹具旋上固定用拉杆，安装止推板，固定锁紧。6)将夹具插入对应固定板内并安装千斤顶进行张拉加载，一般预张拉范围为25kN左右，在预张拉同时需要对结构体挠度变化进行持续观测，张拉预应力可根据下列公式计算。σcon=e×εl=e×Δl/l式中，σcon为张拉应力;e为弹性模量;εl为碳板应变值;Δl为碳板延展量;l为碳板长度。7)卸载千斤顶后锁紧两端固定板锚栓螺母，另外在碳纤维表面涂抹碳板胶并进行逐级间隙式张拉，每级张拉后需停止2～3min再进行下一级张拉，张拉完成后旋紧拉杆螺母，拆除千斤顶和张拉装置，清除多余碳板胶。8)安装碳板压条时应使用品质合格的环氧树脂砂浆，并在碳板两边进行粘结剂涂抹5mm厚作为碳板保护层，最后给锚具两端安装防护罩，碳纤维板预应力张拉体系中，钢制件的锚具容易发生氧化锈蚀，需要涂抹油脂进行防锈处理，碳板为碳丝与树脂复合材料所以应避免紫外线照射，以避免加速老化。9)对纤维板进行固化养护，待其达到指定强度即可受力。10)全部完成后，报请监理或甲方验收。然后填写隐检资料，分项/分部工程质量报验认可单，请甲方负责人、监理签字。

5．1施工控制要点

①当平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不得小于5mm;②要求墙墩和固定端的距离小于100mm，与张拉端的末端间距小于200mm;③预张拉范围为25kN左右，在预张拉同时需要对结构体挠度变化进行持续观测;④每行需逐级间隙式张拉，每级张拉后需停止2～3min再进行下一级张拉;⑤对于养护时间要求:当施工环境温度大于25℃时固化养护时间为7d，小于25℃时固化养护时间应相应延长，如果低于5℃需要进行辅助养护固化措施进行养护;⑥碳板的产品存储条件应保持干燥、避免太阳直晒;⑦不可暴力在地面上滚动或拖拉碳纤维板材料，以免损坏;⑧碳纤维板为脆性材料，如果张拉操作不当可能出现劈裂、断裂等情况，所以在施工过程中应当做好保护措施，不可在碳板轴线正下方进行操作，以免发生危险;⑨张拉操作时的需保证场地照明、现场通风、视线开阔。

6结论

本文以某工程为项目背景，总结了预应力碳纤维板加固的施工工艺并针对施工的实际情况提出了施工控制要点。经实际项目经验证明，利用预应力碳纤维板加固的地下室混凝土结构与传统加固方式相对比，从实用性、经济性和耐久性、美观性，施工便捷性都有着优势，该技术在实际工程应用中具有良好的经济价值，本文探讨的预应力碳纤维板的加固施工话题有着现实意义。

作者：赵淳 单位：万科( 成都) 企业有限公司