碳纤维布在高层混疑土墙、柱加固中应用

　　摘要：碳纤维布加固混疑土结构具有不破坏原结构，施工方法简便，加固后能使结构满足设计要求等优点，本文重点介绍碳纤维布加固混疑土墙、柱的设计计算及施工工艺。
　　关键词:碳纤维布，加固，剪力墙、柱，设计计算
　　
　　本工程为23层框架剪力墙结构,裙房柱截面尺寸为400X500,主楼柱截面尺寸为400X550,主楼剪力墙厚250.施工时采用商品混疑土浇注,当主体施工到二层楼面时,发现一层部分墙、柱砼浇捣错误，其砼强度低于设计值，随后对整层每片墙、每根柱砼强度进行现场强度回弹强度检测，回弹结果表明：主楼部分有六柱及一片墙砼强度仅为C27左右（为计强度的67.5%），五根柱二片墙强度仅为C32左右（为原设计强度的80%），群房部分柱砼强度虽未达到设计要求，经过验算可满足设计要求，无须加固，故本工程仅对主楼部有分缺陷的墙、柱进行加固处理。
　　1加固方案的确定
　　1.1外保碳纤维布加固，对砼强度等级达到C32左右的墙、柱采用外包碳纤维布来提高抗压强度，以达到设计要求。
　　1.2内贴钢板外包碳纤维布，对砼强度等级达到C27的墙、柱采用内粘薄钢板（薄钢板宽500毫米，6毫米）、外包碳纤维布的方案提高抗压强度，满足设计要求。
　　采用上述方法来加固有缺陷的墙、柱的依据为：①碳纤维布具有优异的物理力学性能，抗拉强度高于普通钢10~15倍，弹性模量与钢板较接近，实验表明：有缺陷的墙、柱通过碳纤维布环箍作用，能有效的约束砼，显著地提高砼轴压墙柱的延性，使墙、柱获得较高的抗压强度，碳纤维布加固后的墙、柱抗压强度可达到相同等级砼的1.4倍左右；②碳纤维布是一种厚度小、自重轻、柔韧性极好的材料，它具有极高的抗疲劳、抗酸碱、抗徐变、抗高温的能力，用来加固墙柱能满足抗压、抗弯和抗震的要求外，加固后基本上不改变外形尺寸；③这种加固方法具有不破坏原结构、施工简便的优点，加固完成后，结构在使用过程中无需再投入维护费用，使用寿命长。虽然其材料价格相对较高，但可节约施工费用，并具有长远的综合效益。
　　2 加固设计依据
　　根据外贴碳纤维布的方式，按等强原则换算为外包钢面积以形成矩形钢管对混疑土的约束而提高混疑土的抗压强度，最后按约束矩形钢管混疑土组合轴压强度设计值fsc复合原截面配筋。
　　约束矩形钢管混疑土组合轴压强度设计值fsc：fsc=(1.18+0.85ζ)Xfcζ=α.f/fc
　　fc--混疑土的轴心抗压强度设计值；
　　f—钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；
　　α—钢材的截面含钢率（=As/Ac）;
　　ζ--构件截面的约束效应系数设计值；
　　As、Ac—分别为钢管和混疑土的横截面面积；
　　3 纤维布的加固施工
　　纤维布：宽100.间距：300.2层厚。
　　其处理流程为：基面处理、基面清洗、涂刷底胶、贴面修补、黎贴碳纤维布、养护。
　　3.1基面处理：对砼粘贴面的劣化层（如浮浆、风化层等）用砂轮机认真打磨。基面突出部分要找平，转角部位要做倒角处理。强度等级较低（＜C30）和混凝土质量较差的混凝土部位应凿除，并用植筋胶修补。裂缝大于2㎜部分要注入灌注胶修补。
　　3.2基面清洗:用钢丝刷刷去表面的松散浮渣，压缩空气除去表面浮尘。用丙酮冲洗表面，必须待充分干燥后再进行下一道工序。
　　3.3涂刷底胶:按比例将底胶的甲组份和乙组份放入容器内，用低速旋转的方法搅拌均匀。底胶硬化后，若表面有凸起部分，用磨光机或砂纸打磨平整。待底胶指触干燥后，进入下一道工序。
　　3.4粘贴面修补:对粘贴面凹入部分，用修补胶找平，以保证粘贴平整，确保加固效果。待胶体固化后（以手指感觉干燥为宜，通常为2-4小时）进行下一步工序施工。涂刷粘浸胶。
　　3.5粘贴碳纤维布:碳纤维布的下料长度，应在现场根据施工经验和作业空间确定。若须接长，接头长度不得低于100㎜.粘贴碳纤维布时须保证碳纤维布和混凝土面得粘贴密实，施工时应始终顺同一方向反复碾压，消除气泡，使粘浸胶充分渗透于碳纤维，以免影响加固效果。碳纤维布粘贴后，为保证粘浸胶的充分渗透，应至少放置3分钟以上，此期间若发生气浮、错位等现象，须进行处理。碳纤维布粘贴后，再在其外表面涂刷一层粘浸胶。
　　剪力墙碳纤维加固如下图所示：
　　
　　3.6养护:碳纤维布粘贴后，自然养护时间应在24小时以上，达到初期固化。
　　4 墙、柱加固后的效果
　　① 用碳纤维加固后，基本看不出被加固的痕迹，其截面几何尺
　　寸仅比原来增大2~7㎜。
　　②一次加固后不须考虑今后使用过程中的维护。虽然碳纤维加固费用要比粘钢加固要高，但其施工速度快，可节约施工费用。还具有长远的综合效益。
　　③加固完成后一年内多次观测表明，加固后墙、柱底部和上部测点均未发生变化，粘贴碳纤维加固部位的小锤敲击声固定音频无变化。再次进行现场回弹强度检测，回弹结果表明：经加固后的墙、柱砼强度最小为C41（为计强度的102.8%），最大为C45（为计强度的113.2%），均满足设计要求（设计强度为C40）。
　　
　　参考文献
　　［1］厦门兴普华工程技术有限公司《土木工程混疑土加固技术资料汇编》2003.6
　　［2］《混疑土结构加固设计规范》GB50367-2006
　　［3］《碳纤维片材加固混疑土结构技术规程》CECS146-2003
　　［4］《钢管混疑土结构技术规程》DBJ13-51-2003

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