摘要：本文以某砖混结构建筑为例，深入阐述了碳纤维加固技术加固设计阀杆，并对材料性能要求进行了系统性总结。通过采用碳纤维加固技术对砖混结构进行加固，能够显著提高建筑结构抗震性能，且具有施工工艺简单、扬尘少、占用空间小、工期短等特点，在建筑结构加固应用中具有重要的应用与推广意义。
关键词：碳纤维；建筑加固；砖混结构；建筑抗震
随着旧城改造的力度不断加大，受周围施工、结构老化等因素影响，部分建设年限较早的建筑存在程度不一的不安全因素，部分建筑因使用功能改变需要进行加固改造。基于此，本文以某砖混建筑为例，深入研究碳纤维加固技术应用可行性，并提出了加固改造方案及措施，以期促进碳纤维加固技术应用与推广。
1 工程概况
本工程为上世纪80年代建设的4层招待所，建筑面积为4300m2，首层为框架结构，2～4层为砖混结构，1层层高为3.8m，2～3层高为3.6m，4层为3.8m，总建筑高度为14.8m。根据规划要求，该建筑功能变更为教学楼。但经检测鉴定，该建筑抗震能力不满足国家有关标准，因此，需要对该建筑进行加固达到抗震设防烈度8度后方可投入使用。
2 加固方案设计
2.1 建筑加固设计方案
本工程中，综合考虑造价、工期、功能实现及抗震性能方面要求，确定采用碳纤维加固方案。
（1）如本工程采用传统钢混板墙加固，则上部荷载加大，可能导致首层框架梁截面增大，进而对首层功能实现造成较大影响。同时，采用板墙加固方案，需要加大框架柱基础，可能需要将原独立基础变更为筏板基础，造成工程量增加、工期延长，进而导致加固施工成本上升。如采用碳纤维加固方案，由于碳纤维重量轻，加固施工后对建筑荷载影响较小，不需要对基础进行加固。
（2）根据本工程抗震鉴定报告显示，建筑上部砌体结构抗压性能能够满足要求，抗剪切能力较弱，构造柱数量不足，圈梁截面较小，墙体延性措施需要进一步加强，这一情况尤其适用于碳纤维结构延性的应用优势。
（3）从建筑功能实现的角度来看，教学楼净空尺寸不能过度较小，否则将影响教室内空间布局。如采用墙体喷射混凝土加固方式，则教室净空可能减少约160～200mm；如采用碳纤维加固方式，则净空减少约50～60mm。因此，碳纤维加固方案具有显著的应用优势。
2.2 碳纤维加固设计要点
本工程碳纤维加固方案设计要点主要涉及碳纤维布的选择、平面布置形式、锚固方式及封边措施等。
（1）碳纤维布的选择
由于本工程为砖混结构，砌体强度低、延性较差，碳纤维与砌体粘结性较差，不适宜采用高强度碳纤维布，因此，本工程采用200gⅡ级碳纤维布。
（2）平面布置形式
当高宽比大于1:0.5时，采用“井”字型贴布方案，当高宽比小于1:0.5时，则采用“八”字型贴布方案。
（3）锚固措施的确定
锚固措施的确定对开裂荷载影响较小，但对极限情况下破坏荷载影响较大，尤其是本工程为教学楼工程，因此，在设计时需要合理选择锚固方式。当前，结合工程试验证明，在碳纤维布交叉部位采用穿墙碳钉表面压紧的方式具有较高的锚固性能；在墙顶部位碳纤维布上返与楼板底部粘结，粘结长度不小于200mm，并在板下150mm位置以穿墙碳钉表面压紧，能够有效解决碳纤维布锚固问题。
（4）锚固方案详细设计
结合本工程实际情况，在初步设计的基础上对碳纤维加固方案进行详细设计：采用宽度为100mm的200g碳纤维，以单层双向方式布置，纵横间距为500mm，以碳钉压紧碳纤维布交接部位，墙体与楼板交接部位加固方。
3 材料要求
3.1 碳纤维布性能选择
本工程中，结合建筑抗震设防烈度要求，合理选择碳纤维布，其抗拉强度应大于3000N/m2，伸长率应不小于1.5%。
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3.2 碳纤维胶选择
初碳纤维布选择外，还应当结合碳纤维布性能合理选择碳纤维胶，确保修补胶、底胶、结合胶粘剂与碳纤维布配套使用。在碳纤维胶选择时，应重点关注碳纤维胶性能指标。
4 碳纤维加固施工技术要点研究
4.1 施工工艺流程
碳纤维加固施工技术工艺流程为：定位放线—基层处理—涂刷界面胶—涂刷聚合物砂浆—粘贴碳纤维布—碳钉锚固—涂抹保护砂浆。
4.2 碳纤维加固施工技术要点
（1）定位放线
工程施工前，根据设计图纸测定建筑加固范围及加固部位，并在砌体弹出粘贴位置控制线，并在控制线基础上设置约20mm的加宽打磨区。
（2）基层处理
将砌体基层上的表面污渍、灰尘、杂物等清理干净，确保界面胶粘结性能。首先，使用钢丝刷将墙体表面的杂物清除，并使用聚合物砂浆灌缝抹平，待砂浆强度达到100%后，借助打磨机将碳纤维布加固区域进行打磨处理，去除表面浮浆、灰尘等，直至砌体露出砖结构表面。
（3）涂刷界面胶
基础处理完成后，在结构表面涂刷厚度为15～20mm的聚合物砂浆，其抗压强度应大于20MPa。抹灰平整度应控制在5mm/m以内。由于砖混结构平整度较差，如单一采用打磨方式难以达到平整度要求，因此，需要采用聚合物砂浆将砌体表面进行找平处理。砂浆抹灰墙面采用钢钎剔凿抹灰层，并将灰缝剔除至深度为5～10mm左右，再使用钢丝刷进行打磨处理。针对难以去除的凸起部位，可采用打磨机进行打磨。表面清理干净后，洒水湿润，并涂刷一道界面剂，并涂刷一层厚度为15～20mm的聚合物砂浆，洒水养护7d，当砂浆含水率小于4%后即可涂刷底胶。
（4）粘贴碳纤维布
粘贴碳纤维布是本工程中的重点、难点工序，其施工质量直接影响加固施工质量。因此，本工程从粘贴顺序、碳纤维胶厚度、粘贴密实性和分层间隔时间方面加以控制。首先，在粘贴顺序方面，为防止交叉施工对基层造成污染，本工程碳纤维粘贴遵循先竖向后横向的施工顺序，竖向粘贴时，先贴中间部位，然后粘贴砌体两侧；横向施工时，由下而上进行粘贴；其次，碳纤维胶厚度控制方面，施工单位按供应商工艺要求配制浸渍胶，并借助滚筒毛刷将浸渍胶均匀涂刷在粘贴部位，浸渍胶用量结合砌体表面情况进行控制，避免因浸渍胶使用过量而造成碳纤维布滑移现象或胶不足而引起含浸不足问题；碳纤维板擦拭干净后立即涂刷粘结胶，胶层应呈突起状，厚度应大于2mm；粘贴密实性方面，由中间向两侧粘贴，先将中间碳纤维布进行压贴，再使用刮刀压纤维布长度滚压密实，去除碳纤维布粘结中的气泡，直至碳纤维胶从碳纤维布两侧溢出。针对气泡不易去除的部位，应进行除泡处理；碳纤维搭接时，应避免将搭接部位设置在横竖交叉部位，搭接长度不小于100mm。针对特殊部位需要粘结两层碳纤维布时，须采用连续粘贴方式，并在1h内粘贴完成，当不能立即粘贴完成时，应在第1层粘贴12h后再进行粘贴，并在二层粘贴时及时进行纤维板清洁工作；碳纤维布粘贴完成后，静置约30～60min，在纤维布表面涂刷一层浸渍胶，然后均洒一层中砂，待浸渍胶固化后抹灰处理。
碳纤维粘贴后，养护管理不得少于24h，避免碳纤维布受潮、受撞击。待养护24h后即可进行碳钉锚固处理。锚固时，先使用电锤将碳纤维布2侧打孔处理，孔径以12mm为宜，并使用气泵将孔中的灰尘吹出，确保孔内无杂物后，将裁剪好的碳纤维布条穿入孔内，并在孔内注入环氧树脂胶固定。
5 结语
经本工程加固施工，该建筑达到抗震设防烈度要求，且工程量小、成本低、施工周期短，取得了良好的实践效果。本文全面阐述了碳纤维布加固设计方案及施工技术要点，并就碳纤维布分层施工、端头封边和锚固进行了探讨，对既有建筑加固施工具有一定的指导意义。
参考文献：
[1]吴波,王军丽.碳纤维布加固钢筋混凝土板的耐火性能试验研究[J].土木工程学报,2007(06):26-31+41.
[2]栗鹏. 碳纤维布加固砖砌体有限元分析[D].太原理工大学,2013.
项目名称：新型预应力碳纤维锚固技术，项目编号2017-KYYWF-0599
论文作者:龙秋颖 袁佳 李冰
论文发表刊物:《科技新时代》2019年8期
论文发表时间:2019/10/14
标签：碳纤维论文; 锚固论文; 建筑论文; 工程论文; 砂浆论文; 部位论文; 表面论文; 《科技新时代》2019年8期论文;