碳纤维技术：建筑结构补强加固的“钙中钙”

　　建筑工程加固实例

　　5月底，四川雅安召开震后第十二次新闻通气会，通报雅安市汶川地震后的新建建筑在芦山“4·20”7.0级强烈地震(下称芦山地震)中的情况。

　　如何加固受损建筑?多位业内人士表示，不同性质的建筑采用的加固修复技术不同。相比于传统加固修复技术，新的加固技术逐步得到应用，碳纤维技术引领建筑物结构补强加固趋势。此外，加固是提高现有房屋抗震能力的最有效途径。

　　不同性质建筑的加固修复技术不同

　　据悉，在芦山地震中，雅安全市受损的汶川地震后新建的学校、医院等公共建筑和住房主要集中在芦山、天全和宝兴三个县，被严重破坏的占新建建筑的0.82%，中度受损的占新建建筑的4.47%，其余为轻微损坏或基本完好。

　　对于震后受损建筑修复加固，北京世纪达建筑加固工程有限公司总经理牛清云颇有研究。汶川地震后，牛清云和同事用了40天时间去实地勘察，了解什么样的结构形式最抗震。

　　对于受损的学校、医院等公共建筑和住房，牛清云表示，由于建筑性质不同，其加固技术也不尽相同。从汶川地震后的实地考察结果看，其建筑结构主要包括砌体结构、框架结构、剪力墙结构三种。一般居民楼、学校多采用砌体结构，商场、公共建筑多采用框架结构，剪力墙结构一般多用于高层、超高层建筑。“砌体结构具有脆性性质和整体性差的特点，与其他结构相比抗震性能较差。”牛清云如是说。

　　兰州大学土木工程与力学学院教授张敬书对建筑抗震加固也有研究。他指出，传统加固方法主要针对砌体结构和混凝土框架结构。对于砌体结构，主要是面层或板墙加固、包角或镶边加固以及圈梁构造柱加固等;对于混凝土框架机构，多采用增大截面法、外包钢加固法、改变受力体系加固法等。这些传统加固方法造价经济，对施工条件要求不高，效果可靠，被广泛应用于抗震加固工程。

　　除传统加固方法外，粘贴纤维加固、聚合物砂浆面层加固、黏钢加固等新技术也逐步得到应用。

　　碳纤维技术引领建筑结构补强加固趋势

　　对于框架结构建筑的加固，牛清云表示，一般是在柱子、梁、楼板外包一层钢或碳纤维，也叫黏钢或黏碳纤维。“因为楼板中间是空的，如果采用其他形式加固，效果不好，因此一般采用黏钢或黏碳纤维。”牛清云说。

　　据悉，除自然灾害外，环境侵蚀、荷载增加、结构用途改变等也易导致建筑结构承载力下降等问题。过去常采用加大截面法、体外预应力法和外包钢板法等补强方法，但由于自身缺陷，传统补强方法的应用场合受到诸多限制。与传统加固修补技术相比，碳纤维技术优势明显，是国际上建筑结构补强加固的发展趋势，但目前在国内还处于起步阶段。

　　何为碳纤维技术?记者了解到，碳纤维加固修复混凝土结构技术是一种采用配套黏结树脂，将碳纤维布粘贴于混凝土表面，进而对建筑起到结构补强和抗震加固作用的技术。碳纤维布的抗拉强度是普通钢的约10-15倍，且具有良好的耐久性能，被广泛应用于建筑梁、板、柱、墙等的加固，以及桥梁、隧道、烟囱、筒仓等其他土木工程的加固补强。同时，碳纤维具有极大的抗拉强度和弹性模量，是非常轻质的材料。目前的工程结构加固多采用碳纤片材，主要是碳纤维布和碳纤维板两种。

　　此外，牛清云指出，有轻微损坏的剪力墙结构建筑也是需要加固的。如果不封死，空气容易腐蚀钢筋，可能带来诸多隐患，但因不同墙面的裂缝宽度不同，加固技术各不相同。

　　加固是提高现有房屋抗震能力的最有效途径

　　在地震中，除了受力结构遭受严重破坏外，还存在大量非承重结构或非结构构件的破坏。比如前述通报提到，受损情况主要表现为填充墙墙体、墙砖、地砖出现不同程度的开裂，门窗损坏、吊顶垮塌、设备受损等。

　　对此，牛清云表示，填充墙不是主要结构，是二次结构，因此不存在钢筋问题，也不影响结构。一般情况下，可将缝填死，并使用玻璃布、碳纤维布进行修补，但具体使用何种材料还应由是否为活动性裂缝及其位置决定。

　　“加固是提高现有房屋抗震能力的最有效途径。”张敬书这样说。

　　据牛清云介绍，当前就北京建筑加固市场来说，80%以上为功能性改变，且多为城市综合体改造。

　　此外，张敬书提到，黏钢、粘贴纤维材料、植筋等技术都必须采用结构胶，但当前大部分结构胶均以环氧树脂为胶结材料，而后者的耐火性能较差，因此当前该类胶黏剂无法满足建筑的防火要求。