碳纖維技術：建筑結構補強加固的“鈣中鈣”

　　建筑工程加固實例

　　5月底，四川雅安召開震后第十二次新聞通氣會，通報雅安市汶川地震后的新建建筑在蘆山“4·20”7.0級強烈地震(下稱蘆山地震)中的情況。

　　如何加固受損建筑?多位業內人士表示，不同性質的建筑采用的加固修復技術不同。相比于傳統加固修復技術，新的加固技術逐步得到應用，碳纖維技術引領建筑物結構補強加固趨勢。此外，加固是提高現有房屋抗震能力的最有效途徑。

　　不同性質建筑的加固修復技術不同

　　據悉，在蘆山地震中，雅安全市受損的汶川地震后新建的學校、醫院等公共建筑和住房主要集中在蘆山、天全和寶興三個縣，被嚴重破壞的占新建建筑的0.82%，中度受損的占新建建筑的4.47%，其余為輕微損壞或基本完好。

　　對于震后受損建筑修復加固，北京世紀達建筑加固工程有限公司總經理牛清云頗有研究。汶川地震后，牛清云和同事用了40天時間去實地勘察，了解什么樣的結構形式最抗震。

　　對于受損的學校、醫院等公共建筑和住房，牛清云表示，由于建筑性質不同，其加固技術也不盡相同。從汶川地震后的實地考察結果看，其建筑結構主要包括砌體結構、框架結構、剪力墻結構三種。一般居民樓、學校多采用砌體結構，商場、公共建筑多采用框架結構，剪力墻結構一般多用于高層、超高層建筑。“砌體結構具有脆性性質和整體性差的特點，與其他結構相比抗震性能較差。”牛清云如是說。

　　蘭州大學土木工程與力學學院教授張敬書對建筑抗震加固也有研究。他指出，傳統加固方法主要針對砌體結構和混凝土框架結構。對于砌體結構，主要是面層或板墻加固、包角或鑲邊加固以及圈梁構造柱加固等;對于混凝土框架機構，多采用增大截面法、外包鋼加固法、改變受力體系加固法等。這些傳統加固方法造價經濟，對施工條件要求不高，效果可靠，被廣泛應用于抗震加固工程。

　　除傳統加固方法外，粘貼纖維加固、聚合物砂漿面層加固、黏鋼加固等新技術也逐步得到應用。

　　碳纖維技術引領建筑結構補強加固趨勢

　　對于框架結構建筑的加固，牛清云表示，一般是在柱子、梁、樓板外包一層鋼或碳纖維，也叫黏鋼或黏碳纖維。“因為樓板中間是空的，如果采用其他形式加固，效果不好，因此一般采用黏鋼或黏碳纖維。”牛清云說。

　　據悉，除自然災害外，環境侵蝕、荷載增加、結構用途改變等也易導致建筑結構承載力下降等問題。過去常采用加大截面法、體外預應力法和外包鋼板法等補強方法，但由于自身缺陷，傳統補強方法的應用場合受到諸多限制。與傳統加固修補技術相比，碳纖維技術優勢明顯，是國際上建筑結構補強加固的發展趨勢，但目前在國內還處于起步階段。

　　何為碳纖維技術?記者了解到，碳纖維加固修復混凝土結構技術是一種采用配套黏結樹脂，將碳纖維布粘貼于混凝土表面，進而對建筑起到結構補強和抗震加固作用的技術。碳纖維布的抗拉強度是普通鋼的約10-15倍，且具有良好的耐久性能，被廣泛應用于建筑梁、板、柱、墻等的加固，以及橋梁、隧道、煙囪、筒倉等其他土木工程的加固補強。同時，碳纖維具有極大的抗拉強度和彈性模量，是非常輕質的材料。目前的工程結構加固多采用碳纖片材，主要是碳纖維布和碳纖維板兩種。

　　此外，牛清云指出，有輕微損壞的剪力墻結構建筑也是需要加固的。如果不封死，空氣容易腐蝕鋼筋，可能帶來諸多隱患，但因不同墻面的裂縫寬度不同，加固技術各不相同。

　　加固是提高現有房屋抗震能力的最有效途徑

　　在地震中，除了受力結構遭受嚴重破壞外，還存在大量非承重結構或非結構構件的破壞。比如前述通報提到，受損情況主要表現為填充墻墻體、墻磚、地磚出現不同程度的開裂，門窗損壞、吊頂垮塌、設備受損等。

　　對此，牛清云表示，填充墻不是主要結構，是二次結構，因此不存在鋼筋問題，也不影響結構。一般情況下，可將縫填死，并使用玻璃布、碳纖維布進行修補，但具體使用何種材料還應由是否為活動性裂縫及其位置決定。

　　“加固是提高現有房屋抗震能力的最有效途徑。”張敬書這樣說。

　　據牛清云介紹，當前就北京建筑加固市場來說，80%以上為功能性改變，且多為城市綜合體改造。

　　此外，張敬書提到，黏鋼、粘貼纖維材料、植筋等技術都必須采用結構膠，但當前大部分結構膠均以環氧樹脂為膠結材料，而后者的耐火性能較差，因此當前該類膠黏劑無法滿足建筑的防火要求。