应用碳纤维布加固钢筋混凝土柱的相关问题探讨
摘要:在建筑工程中，钢筋混凝土柱的加固大多采用增大截面或外包钢板等方法。但这类方法施工不便，且不能保证柱截面的规则。碳纤维布加固钢筋混凝土柱比起以上方法还是具有一定的优势。本文通过分析碳纤维布加固的技术特点，对增强钢筋混凝土柱的延性、受剪承载力等问题进行探讨。
关键词:钢筋混凝土柱；碳纤维布；延性；受剪承载力；施工
一、应用碳纤维布加固钢筋混凝土柱的技术特点
钢筋混凝土柱的加固方法有多种，常用的有增大截面法、外包钢加固法、预应力撑杆加固法、置换法、外贴碳纤维布加固法等。而采用外贴碳纤维布加固法加固这些混凝土柱。具有以下特点：
第一,碳纤维布加固框架柱，是用纤维布缠绕柱体，使混凝土处于三向受力状态。由于碳纤维布极高的抗拉强度以及和混凝土较好的粘结性能，使得碳纤维布有效约束混凝土，从而使其承载能力和延性有较大提高。有试验表明：有缺陷的柱通过碳纤维布环箍作用，其抗压强度可以达到相同等级混凝土的1.4倍。
第二,碳纤维布是一种厚度小、自重轻、柔韧性好的材料，它具有极高的抗疲劳性、抗徐变、抗酸碱、抗高温的特性，所以用来加固混凝土柱可以满足抗弯、抗压和抗震的要求，并且还不会增大柱子的截面。
第三,这种加固方法有不破坏原结构、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。
二、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱延性的方法
采用倒T形，柱子的水平力加荷点位于柱子反弯点处，首先施加轴力至给定值；随后，保持轴力值不变，循环加卸水平力。水平力加载方案为：试件屈服前用水平荷载来控制，分级加载至试件屈服，并记录试件屈服位移△；试件屈服后，以屈服位移△，为增量反复循环，不断增大试件位移，直至试件水平荷载下降至峰值荷载的85％为止。
钢筋混凝土柱经横向包裹碳纤维布加固后，其变形性能得到了显著改善，位移延性比明显提高。通过对试验结果的分析，可以发现影响延性系数大小的因素主要有：碳纤维布用量、轴压比、剪跨比、混凝土强度等。基本规律为：加固柱延性的提高程度是随着碳纤维布用量的增长而增大的；构件轴压比较小时加固效果较好；剪跨比较小时，使用碳纤维布可以提高短柱的抗剪承载力，转变破坏形态，改善短柱的变形性能；构件的混凝土强度较低时加固效果较好。以上研究表明，采用碳纤维布加固钢筋混凝土方柱时，对柱子转角部位进行倒圆角处理可以提高加固柱的延性，规律为：随着角部圆弧半径的增大，加固柱的延性提高幅度也随之增大。
用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性时，碳纤维布的主要作用就是对其内部混凝土起到约束作用。碳纤维布约束混凝土是一种被动约束，随着轴向压力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提供侧向约束力。约束机制取决于两个因素：混凝土横向膨胀性能和环向约束能力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向膨胀变形小，故碳纤维布的横向应变也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近；第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维布环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土的极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，显著地改善了构件的延性。
三、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱受剪承载力方法分析
（一）剔凿松动混凝土、钢筋除锈、浇筑高标号混凝土
用人工首先将加固柱松动混凝土进行轻轻剔凿，切不可大力以防破坏密实混凝土，对主筋、箍筋锈蚀部分应进行除锈，露出金属光泽，补焊钢筋，外刷环氧浆液，再浇筑高标号混凝土，振捣密实。
（二）裂缝灌浆
对柱表面裂缝采用化学压力灌浆，先用环氧胶泥将裂缝封闭，形成闭合回路，预埋灌浆嘴，通过灌浆嘴进行压力灌浆，将裂缝封闭。
（三）表面处理
对柱混凝土表面用砂轮打磨，以除去表面疏松层及油污等杂质，直至完全露出新的混凝土界面，并用压缩空气将表面浮灰清除干净。
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（四）涂刷基底树脂
按产品使用说明充分搅拌后，用滚筒刷均匀涂抹于柱混凝土表面。
（五）碳纤维布粘贴
将结构胶均匀涂沫后，将已剪好的碳纤维布迅速粘贴到位，并挤出气泡，以使碳纤维布与混凝土表面紧密粘结。对水平弯折部分，用钢板紧密锚固。
（六）表面处理
至少8h后，在碳纤维布表面涂抹一层基底树脂，干燥后外抹水泥砂浆作面层。
四、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱的施工方法
（一）对拟补强加固构件的混凝土表面及其处理方法，基底树脂的涂敷，碳纤维布的粘贴、养护、表面整饰等进行充分研究和设计，并对使用材料、配套树脂、机具等做好准备工作。
（二）由于该柱部分钢筋已锈蚀，需先打掉已锈蚀钢筋处的一部分混凝土，以便对已锈蚀的钢筋除锈，然后用钢丝刷、压缩空气将缝隙内的碎渣、浮灰等清除干净。对较大面积混凝土的缺损和孔隙，采用无收缩水泥砂浆进行修补，待水泥砂浆凝固后，对构件表面仍存在的裂缝采用环氧树脂砂浆进行压力灌浆封闭处理，待灌浆材料达到一定强度后再进行下面的操作。
（三）对被粘贴混凝土表面用砂轮或角磨机打磨，以除去表面疏松层及油污等杂质，直至完全露出新的混凝土界面，并用压缩空气将表面浮灰清除干净。柱的转角处要进行倒角处理并打磨成圆孤状（R=50mm）。对于施工环境湿度较大，或混凝土粘贴表面潮湿的情况，还应对粘贴面进行干燥处理。当混凝土表面凹凸不平时，应用找平材料将缺陷部位填补平整，待找平材料表面干燥后，再进行下一步施工。
（四）基底树脂的作用是加强碳纤维布与混凝土表面的粘结力，这对于加固效果的充分发挥是非常重要的。按产品使用说明规定的比例将甲、乙两组份充份搅拌后，用滚筒刷均匀涂抹于混凝土表面。
（五）将树脂腻子主剂与硬化剂按2:l配比，充分搅拌均匀，用抹刀将腻子填补于表面凹凸不平处，以手指接触不粘手后再进行下面的工作。
（六）将搅拌好的浸润树脂，均匀饱满涂抹于构件所要粘贴的部位，厚度为1.5mm左右，不宜过薄。
（七）涂抹浸润树脂后，应保证在规定的使用时间内，将已按设计的尺寸裁剪好的碳纤维布迅速粘贴到位。粘贴过程要求平整、顺直，不得有波纹、皱折或位置偏差。碳纤维布粘贴后，用特制的滚筒沿碳纤维布纤维方向(即在使用阶段碳纤维布受力方向)多次滚压挤出气泡，确保不浮空，以使碳纤维布与混凝土表面紧密粘结；同时，使粘结剂充分渗入纤维之间的缝隙内。当粘贴第2层碳纤维布时，先在第l层碳纤维布的表面涂刷浸润树脂，然后按前述方法粘贴第2层碳纤维布。最后，在碳纤维布表面再涂抹l层粘结剂，上覆塑料薄膜，并用木模板压紧碳纤维布养护。
（八）饰面处理至少8h以后，去除塑料薄膜，在碳纤维布表面涂抹l层基底树脂。待基底树脂用手指接触不沾手后，外抹水泥砂浆做面层；最后根据原厂房使用环境的要求，对其表面涂刷耐火涂料。
通过以上分析，可以看出，碳纤维布具有强度高、自重轻、不改变截面等优点，在未来的混凝土加固工程中应用将越来越广泛。
参考文献
[1]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[s]．
[2]CECS 146:2003，碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[s]．
[3]唐爱华．碳纤维加固钢筋混凝土方柱轴心受压承载力的计算[J]．建筑技术开发，2004，42(11)：13—14．
[4]CECS25：90，混凝土结构加固技术规范[s]．
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
关键词:钢筋混凝土柱；碳纤维布；延性；受剪承载力；施工
一、应用碳纤维布加固钢筋混凝土柱的技术特点
钢筋混凝土柱的加固方法有多种，常用的有增大截面法、外包钢加固法、预应力撑杆加固法、置换法、外贴碳纤维布加固法等。而采用外贴碳纤维布加固法加固这些混凝土柱。具有以下特点：
第一,碳纤维布加固框架柱，是用纤维布缠绕柱体，使混凝土处于三向受力状态。由于碳纤维布极高的抗拉强度以及和混凝土较好的粘结性能，使得碳纤维布有效约束混凝土，从而使其承载能力和延性有较大提高。有试验表明：有缺陷的柱通过碳纤维布环箍作用，其抗压强度可以达到相同等级混凝土的1.4倍。
第二,碳纤维布是一种厚度小、自重轻、柔韧性好的材料，它具有极高的抗疲劳性、抗徐变、抗酸碱、抗高温的特性，所以用来加固混凝土柱可以满足抗弯、抗压和抗震的要求，并且还不会增大柱子的截面。
第三,这种加固方法有不破坏原结构、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。
二、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱延性的方法
采用倒T形，柱子的水平力加荷点位于柱子反弯点处，首先施加轴力至给定值；随后，保持轴力值不变，循环加卸水平力。水平力加载方案为：试件屈服前用水平荷载来控制，分级加载至试件屈服，并记录试件屈服位移△；试件屈服后，以屈服位移△，为增量反复循环，不断增大试件位移，直至试件水平荷载下降至峰值荷载的85％为止。
钢筋混凝土柱经横向包裹碳纤维布加固后，其变形性能得到了显著改善，位移延性比明显提高。通过对试验结果的分析，可以发现影响延性系数大小的因素主要有：碳纤维布用量、轴压比、剪跨比、混凝土强度等。基本规律为：加固柱延性的提高程度是随着碳纤维布用量的增长而增大的；构件轴压比较小时加固效果较好；剪跨比较小时，使用碳纤维布可以提高短柱的抗剪承载力，转变破坏形态，改善短柱的变形性能；构件的混凝土强度较低时加固效果较好。以上研究表明，采用碳纤维布加固钢筋混凝土方柱时，对柱子转角部位进行倒圆角处理可以提高加固柱的延性，规律为：随着角部圆弧半径的增大，加固柱的延性提高幅度也随之增大。
用碳纤维布横向包裹钢筋混凝土柱来提高其延性时，碳纤维布的主要作用就是对其内部混凝土起到约束作用。碳纤维布约束混凝土是一种被动约束，随着轴向压力的增大，横向膨胀促使外包碳纤维布产生环向伸长，从而提供侧向约束力。约束机制取决于两个因素：混凝土横向膨胀性能和环向约束能力。碳纤维布约束混凝土表现出两阶段受力过程：第一阶段，混凝土处于类似素混凝土的线弹性阶段，横向膨胀变形小，故碳纤维布的横向应变也很小，分界点在素混凝土峰值应力附近；第二阶段，构件达到极限承载力后，混凝土横向膨胀变形急剧增加，碳纤维布环向应变显著增长，环向约束力增加，混凝土的极限压应变得以提高，因而推迟了受压区混凝土的压碎，充分发挥了纵向钢筋的塑性变形性能，显著地改善了构件的延性。
三、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱受剪承载力方法分析
（一）剔凿松动混凝土、钢筋除锈、浇筑高标号混凝土
用人工首先将加固柱松动混凝土进行轻轻剔凿，切不可大力以防破坏密实混凝土，对主筋、箍筋锈蚀部分应进行除锈，露出金属光泽，补焊钢筋，外刷环氧浆液，再浇筑高标号混凝土，振捣密实。
（二）裂缝灌浆
对柱表面裂缝采用化学压力灌浆，先用环氧胶泥将裂缝封闭，形成闭合回路，预埋灌浆嘴，通过灌浆嘴进行压力灌浆，将裂缝封闭。
（三）表面处理
对柱混凝土表面用砂轮打磨，以除去表面疏松层及油污等杂质，直至完全露出新的混凝土界面，并用压缩空气将表面浮灰清除干净。
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（四）涂刷基底树脂
按产品使用说明充分搅拌后，用滚筒刷均匀涂抹于柱混凝土表面。
（五）碳纤维布粘贴
将结构胶均匀涂沫后，将已剪好的碳纤维布迅速粘贴到位，并挤出气泡，以使碳纤维布与混凝土表面紧密粘结。对水平弯折部分，用钢板紧密锚固。
（六）表面处理
至少8h后，在碳纤维布表面涂抹一层基底树脂，干燥后外抹水泥砂浆作面层。
四、应用碳纤维布增强钢筋混凝土柱的施工方法
（一）对拟补强加固构件的混凝土表面及其处理方法，基底树脂的涂敷，碳纤维布的粘贴、养护、表面整饰等进行充分研究和设计，并对使用材料、配套树脂、机具等做好准备工作。
（二）由于该柱部分钢筋已锈蚀，需先打掉已锈蚀钢筋处的一部分混凝土，以便对已锈蚀的钢筋除锈，然后用钢丝刷、压缩空气将缝隙内的碎渣、浮灰等清除干净。对较大面积混凝土的缺损和孔隙，采用无收缩水泥砂浆进行修补，待水泥砂浆凝固后，对构件表面仍存在的裂缝采用环氧树脂砂浆进行压力灌浆封闭处理，待灌浆材料达到一定强度后再进行下面的操作。
（三）对被粘贴混凝土表面用砂轮或角磨机打磨，以除去表面疏松层及油污等杂质，直至完全露出新的混凝土界面，并用压缩空气将表面浮灰清除干净。柱的转角处要进行倒角处理并打磨成圆孤状（R=50mm）。对于施工环境湿度较大，或混凝土粘贴表面潮湿的情况，还应对粘贴面进行干燥处理。当混凝土表面凹凸不平时，应用找平材料将缺陷部位填补平整，待找平材料表面干燥后，再进行下一步施工。
（四）基底树脂的作用是加强碳纤维布与混凝土表面的粘结力，这对于加固效果的充分发挥是非常重要的。按产品使用说明规定的比例将甲、乙两组份充份搅拌后，用滚筒刷均匀涂抹于混凝土表面。
（五）将树脂腻子主剂与硬化剂按2:l配比，充分搅拌均匀，用抹刀将腻子填补于表面凹凸不平处，以手指接触不粘手后再进行下面的工作。
（六）将搅拌好的浸润树脂，均匀饱满涂抹于构件所要粘贴的部位，厚度为1.5mm左右，不宜过薄。
（七）涂抹浸润树脂后，应保证在规定的使用时间内，将已按设计的尺寸裁剪好的碳纤维布迅速粘贴到位。粘贴过程要求平整、顺直，不得有波纹、皱折或位置偏差。碳纤维布粘贴后，用特制的滚筒沿碳纤维布纤维方向(即在使用阶段碳纤维布受力方向)多次滚压挤出气泡，确保不浮空，以使碳纤维布与混凝土表面紧密粘结；同时，使粘结剂充分渗入纤维之间的缝隙内。当粘贴第2层碳纤维布时，先在第l层碳纤维布的表面涂刷浸润树脂，然后按前述方法粘贴第2层碳纤维布。最后，在碳纤维布表面再涂抹l层粘结剂，上覆塑料薄膜，并用木模板压紧碳纤维布养护。
（八）饰面处理至少8h以后，去除塑料薄膜，在碳纤维布表面涂抹l层基底树脂。待基底树脂用手指接触不沾手后，外抹水泥砂浆做面层；最后根据原厂房使用环境的要求，对其表面涂刷耐火涂料。
通过以上分析，可以看出，碳纤维布具有强度高、自重轻、不改变截面等优点，在未来的混凝土加固工程中应用将越来越广泛。
参考文献
[1]GB50010-2002，混凝土结构设计规范[s]．
[2]CECS 146:2003，碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程[s]．
[3]唐爱华．碳纤维加固钢筋混凝土方柱轴心受压承载力的计算[J]．建筑技术开发，2004，42(11)：13—14．
[4]CECS25：90，混凝土结构加固技术规范[s]．
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