碳纤维布加固技术

碳纤维布的优点

自重轻，施工方便快捷，不增加结构荷载；

2.轻度高，可灵活用于抗弯、封闭箍、抗剪加固；

3.柔软度好，不受结构(梁、柱、通风管、管道、墙体等)的限制。

耐久性好，耐化学腐蚀和恶劣环境气候变化；

5.耐高温、抗蠕变、耐磨、抗震性能好；

6、符合环境要求；

7.混凝土构件、钢结构、木结构适用范围广。

碳纤维布的特点

1.铁的五分之一；

2.强度是铁的10倍；

三、不生锈，不腐蚀；

4、X线性透视，耐化学药物，耐热，积低温。

碳纤维布的应用

1.加强建筑梁、柱、楼板结构；

二、加强桥梁、桥墩、桥面结构；

加强隧道、烟囱结构；

4.海滩建筑防腐加固。

碳纤维布的目的

1.提高承载能力；

2.增加延性；(对于抗震结构，在加固设计中增加延性)

碳纤维布加固的效果

改善结构状态(减少变形，减少原结构应力，减少裂缝)

碳纤维布加固的技术要点

1.弯曲加固时，纤维方向应与加固的应力方向一致；

2.剪切加固和抗震加固时，纤维方向应垂直于构件轴向；

3.弯曲加固和剪切加固时，混凝土强度等级不得低于C15；

4.混凝土柱采用封闭粘结碳纤维加固时，混凝土强度等级不得低于C10；

5.碳纤维加固的效果主要取决于纤维的粘贴工艺，由专业施工队负责施工。

碳纤维布加固技术

粘贴碳纤维布钢筋混凝土结构技术是一种新型、简单、有效的混凝土桥钢筋技术。该技术充分利用了碳纤维增强复合材料独特的高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐疲劳、施工简单等优点，为混凝土桥钢筋技术注入了新的活力。碳纤维布钢筋修复结构技术是利用树脂粘结材料将碳纤维布粘贴在混凝土表面，以达到结构钢筋的目的。

碳纤维布加固的优点

与传统的粘钢法等加固工艺相比，采用碳纤维布加固旧桥具有以下优点：

①不增加结构恒载和断面尺寸。

②可适应不同结构的外观尺寸，成型方便。

③对原结构无新损伤。

④碳纤维布具有优异的耐化学腐蚀性。

碳纤维布加固材料要求

用于加固混凝土构件的碳纤维布是由碳纤维长丝编织而成的软片。加固混凝土构件时，碳纤维布根据构件的不同应力特性有序缠绕粘贴在构件表面，限制构件变形，提高构件的极限强度和承载能力。

碳纤维布固的应用过程中，碳纤维布的抗拉强度一般不小于3万mpa，弹性模量不小于2.1x105 mpa。根据碳纤维布的质量，其厚度一般为0.11～0.43mm之间，宽度为20～100cm，卷材长度为50～100m。对于桥梁加固工程，单层碳纤维布单位面积碳纤维质量不得低于150g/m2.一般不超过450 g/m较高可提高到600 g/m2。

粘结材料是碳纤维布和混凝土 ** 粘结材料需要有足够的刚度和强度，以及足够的韧性。

粘结材料一般由主剂和固化剂制成，通常分为冬夏两种类型。主剂和固化剂按工艺要求与规定的比例混合，形成所需的底层树脂、找平树脂和粘结树脂。其性能指标一般根据表1中的数据进行控制。

表1 粘结树脂性能指标要求

3 碳纤维布加固的力特性

碳纤维布钢筋混凝土弯曲构件是通过在构件拉伸区域粘贴碳纤维布，而不是或补充钢筋的拉伸性能，从而提高构件的弯曲承载力。粘贴碳纤维布后，在构件拉伸区混凝土开裂前，碳纤维布应变小，基本无效；混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同应力，应变增长加快；钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，充分体现了其高强度、高效的性能。

4 碳纤维布加固施工技术及质量控制

(1)施工技术

碳纤维布加固技术取决于碳纤维布与混凝土表面的粘贴效率，因此一般要求基面混凝土强度等级不低于C15.同时，钢筋构件应具有良好的保护层，即基层表面光滑，具有一定的强度。对于剥落、剥落、腐蚀、裂缝、严重碳化等表面缺陷，必须先修复，粘贴基层表面应抛光整理，不得有尖锐的波纹角和浮，防止碳纤维布局部损坏和粘贴失效。

涂底层树脂时，一般按比例准确配制胶水，搅拌均匀，一次调和量应在使用时间内用完，以保证粘结质量。在涂装过程中，应将滚筒或刷子均匀涂抹在基面上，自然风干。

用碳纤维布加固混凝土构件，一般采用薄布多层粘贴方法，使其与粘结材料充分渗透，用专用辊沿纤维方向多次滚动，挤压气泡，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，确保粘结效率。一般来说，碳纤维布不连接。如果碳纤维布确实需要连接，则应避免构件应力较大的部分，连接长度不小于100mm，搭接端应平整，无翘曲。如果碳纤维布需要多层搭接，每层的接口位置不应在同一侧，接口位置的净距一般应大于200mm。

5.环境要求℃在上述温度条件下，雨天和可能结露的天气应停止施工。

(2)施工时质量控制

⑴ 施工温度

由于环氧树脂在低温下固化缓慢，涂层不易均匀，一般施工温度为15℃～28℃在温度下施工。

⑵ 成型所需的压力应保持不变

桥梁粘结加固工程大多在梁（板）底部，由上而下粘贴。无论采用哪种加固材料，如果成型压力不足，必然会导致加固层坠落，混凝土粘附不紧密，导致加固层材料脱落，影响加固效果，特别是对于长梁加固，可在粘贴范围内设置碳纤维布u型箍锚固。u型箍应均匀布置在粘贴范围内，一般在端部设置，u型箍的粘贴高度应延伸到板底，每个型箍的粘贴高度应延伸到板底。u型箍的宽度与厚度均不宜小于受弯加固碳纤维布宽度的一半。

⑶ 空鼓处理

粘贴时，应均匀涂抹树脂，用力刮平，挤出气泡，避免形成空鼓和脱胶，影响加固效果。如果发现粘贴有空鼓，可采取注入环氧树脂法、切割刀切入填充树脂修复法、补丁修复法等措施。<<碳纤维布加固施工方案>>

       碳纤维布加固技术在中国较早通过的规范是2003年《碳纤维板加固混凝土结构技术规范》CECS146:2003，已被2013年较新国家标准规范《混凝土结构加固设计规范》所取代，编号为GB 50367-2013.

       一、前言

       碳纤维材料用于混凝土结构加固修复的技术研究始于20世纪80年代美国、日本等发达国家。中国的技术起步较晚，但随着中国经济建设和建筑业的快速发展，由于当时设计负荷标准低，相当一部分现有建筑存在历史问题。由于使用功能的变化，部分建筑难以满足当前标准化使用的需要，迫切需要进行维护、加固和加固。目前，常用的加固方法有很多，如：增加截面法、外包钢加固法、钢筋种植加固法等。碳纤维钢筋修复结构技术是继增加混凝土截面、粘钢之后的另一种新型结构钢筋技术，被称为：钢筋加固新战士。

       二、特点

       与传统的增加混凝土截面或粘钢混凝土钢筋相比，碳纤维节省空间，施工简单，无现场固定设施，施工质量易于保证，基本不增加结构尺寸和重量，耐腐蚀，耐久性好。此外，该方法的使用可以大大提高建筑的使用寿命，降低钢筋成本。因此，碳纤维作为一种划时代的钢筋材料，受到了青睐和关注。

       (1)抗拉强度高，是同截面钢的7-10倍。

       (2)重量轻，密度只有普通钢材的1/4。

       (3)耐久性好，能抵抗化学腐蚀、恶劣环境和气候变化。

       (4)施工方便快捷，省力节时，易于保证施工质量。

       (5)适用范围广，可加固混凝土构件、钢结构、木结构。可大大提高构件的承载力、抗震性能和耐久性。

       用途　

       ·加固混凝土结构、桥梁、建筑物的梁、柱、面板。

       ·加固隧道、港口设施、烟囱、仓库和工厂。

       ·保护和加固受盐伤的混凝土、桥梁和河流结构。

       三、碳纤维加固的适用范围

       碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。

       四、工艺原理

       环氧树脂预浸成复合增强材料（单向连续纤维）；沿拉伸方向或垂直于裂缝方向粘贴环氧树脂粘合剂，形成新的复合体，使增强粘合材料与原钢筋混凝 ** 增加结构的抗裂性或抗剪性，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延展性。

       五、工艺流程及操作要点

       工艺流程可概括为：

       施工准备→设施线 →基面处理 →刷漆底胶 →刮腻子 →粘贴碳纤维布 →表面养护→涂碳纤维专用胶。

       1． 混凝土表面处理

       1 清除混凝土构件表面的不完整和损坏。

       2 修复和修复经过凿凿、清洗和露筋的构件残缺部位。

       3 裂缝修补：缝宽小于0.2mm用环氧树脂密封裂缝；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。

       4 抛光：将构件表面突出部分（混凝土构件交接部分、模板接头等）抛光平整，修复后的构件表面尽可能平整。

       5 清洁抛光部件表面，使其完全干燥。

       2． 底胶涂在缺陷部位

       将准备好的底胶(粘合剂)涂在有缺陷的混凝土表面。

       3． 修复构件表面残缺面

       修复构件表面不完整表面的环氧腻子是一个非常重要的步骤，重点如下：

       1 腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，放入容器中，搅拌均匀。

       2 构件表面凹陷部填充环氧腻子，修复至表面平整。在不完整的修复中使用环氧腻子时，应在温度下使用-5℃在相对湿度小于85%的情况下进行上述施工。腻子涂抹后，表面仍有凹凸糙纹，应用砂纸打磨平整。

       4． 涂刷底胶

       将准备好的底胶(粘结剂)均匀地涂在需要粘结的混凝土表面。

       5． 粘贴碳纤维

       粘贴碳纤维材料前，应确认粘贴表面干燥。-10℃以上，相对湿度RH＞85%时，无有效措施不得施工。为防止碳纤维损坏，碳纤维材料在运输、储存、切割和粘贴过程中。碳纤维材料应按规定尺寸用钢尺和壁纸刀切断，每段长度一般不超过6m为了防止材料在储存过程中损坏，材料的切割数量应根据当天的用量进行切割。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。这部分要多涂树脂，碳纤维不需要横向搭接。施工工艺要点如下:

       1 粘贴树脂的主剂、固化催化剂和固化剂应按规定的比例准确称重，放入容器中，用搅拌机搅拌均匀。一次调和量应在使用时间内用完。

       2 粘贴时，碳纤维要在碳纤维和树脂之间有空气。罗拉专用工具)可以沿纤维方向多次在碳纤维材料上滚动，使树脂渗透到碳纤维中。

       6． 养护

       粘贴碳纤维材料后，需要自然维护1-初始固化应在2小时内保证，固化期间不受外界干扰和碰撞。

       7． 涂装

       如果钢筋构件需要防火，可在树脂固化后涂上耐火涂层。涂层应在树脂初始固化后进行，并应遵守所使用涂层的相关标准和施工规定。

       六、材料

       符合国标GB50367-2013年规定的碳纤维加固材料包括：

       1)碳纤维单向织物布复合材料，200克，300克，450克，碳纤维条形板

       2)S玻璃布，(玄武岩布)，单向织物(布)复合材料，300克--450克

       3)E玻璃纤维单向织物(布)300克--450克

       4)用于粘贴纤维布的改性环氧树脂

       碳纤维加固材料是高强度碳纤维的单向排列。用微量树脂浸泡后，作为混凝土的修复和加固材料，其抗拉强度约为钢筋的10倍，具有重量轻、弹性高、强度高、耐久性高等特点。目前，常用的碳纤维加固材料包括国内大连凯华、深圳琥珀、北京703、进口日本东丽、中国台湾1亿、美国赫氏Hexcel,新日本石油等

       七、机具设备

       主要机具有砂轮切割机、角磨机、滚刷等，一般在2～4台可满足工程要求。

       八、劳动组织

       每100平米面积碳纤维加固安排4名技术工人、6名普工。碳纤维布的施工应由具过硬施工工艺技术的专业施工队伍完成，并应精心组织、精心施工.

       九、质量要求

       1． 所有进场材料，包括碳纤维材料和粘合剂材料，必须符合质量标准，并具有工厂产品证书和工程加固设计要求。

       2． 碳纤维材料在运输和储存过程中不得挤压，以免损坏碳纤维，也不得直接暴露在阳光和雨水中。胶结材料应在阴凉处密封储存。

       3． 技术人员负责指导和监督各工序的施工质量。每道工序完成后，应提交技术人员进行检查和认可。

       4． 涂底漆

       涂料应均匀涂刷，不得漏涂。严禁在不适合温度的情况下施工。添加溶剂稀释的涂料应在规定时间内用完。

　　温度低于7℃，相对湿度RH＜85%，混凝土表面含水率在8%以下，无结露现象时，必须使用改性环氧树脂。

　　5. 构件表面残缺修补

　　构造物表面小孔、内角必须用环氧腻子修补平整，腻子涂刮后，表面仍存在的不平糙纹，应再用砂纸磨平。

　　6. 粘贴碳纤维

　　①贴碳纤维材料时须符合下述条件：

　　a、碳纤维材料应按规定裁切。

　　b、气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求。

　　c、底层涂料及腻子达到指触干燥（树脂表面达到固化硬结）。

　　d、粘结树脂的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂、固化促进剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。

　　②碳纤维粘贴的质量检验标准。

　　a、下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好。

　　b、碳纤维粘结严实。

　　c、对于直径在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10个可认为合格；若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修。对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需进行补修。

　　d、顺纤维方向搭接长度不小于20cm,各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上，层间必须错开至少10cm。

　　e、碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定。

　　7. 技术标准：《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003。

　　十、效益分析

　　碳纤维加固，只要设计合理，与一般的粘贴钢板法比较费用差不多，但碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。碳纤维加固法加固效果好，高强高效，适用面广，质量易保证，耐腐蚀及耐久性能极佳。采用碳纤维加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。

　　碳纤维加固具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点。其抗拉强度是同等截面钢材的7-10倍。用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构是近来发展而成的新型工法，与混凝土结构形成一体共同工作，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度达到的增强构件承载能力及刚度的目的。

　　这项技术具有施工简便快捷、安全可靠、耐久性好，能适应各种复杂的结构外形，不影响原结构的外观等诸多优点。已在混凝土结构抗震修复加固补强工程中得到广泛的应用。