浅谈碳纤维加固混凝土结构施工技术

摘要：碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构及构件加固补强的目的。适用于混凝土结构，砌体结构、木结构的梁、板、柱的抗弯、抗剪、抗压加固，自重轻不增加结构荷载；强度高（是Ⅱ级结构强度的10倍），能灵活地用于种类加固设计，柔韧性好，不受结构外形限，抗高温、抗蠕变、抗腐蚀、抗震性好。本文对碳纤维加固混凝土结构的施工技术进行阐述。

关健词：碳纤维 加固 施工技术

碳纤维复合材料具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性和耐久性好等优点，碳纤维片加固补强混凝土结构的应用研究始于20世纪80年代美国、日本等发达国家，进入20世纪90年代中后期我国的许多科研机构和企业也相继进行了这方面的试验研究。

碳纤维(CFRG)加固修复混凝土结构技术是一项新型、高效的结构加固补强技术,比传统的结构加固方法优越.它利用树脂类胶结材料将碳纤维物(布)粘贴于混凝土表面,达到对结构构件补强加固及改善结构受力状况的目的.碳纤维材料高强高效,重量轻,厚度薄,适用面广,施工便捷,施工质量易保证,有良好的耐久性和抗腐蚀性.

目前，在我国的北京、上海、天津、江苏、福建等许多地区的桥梁和工民建工程中得到了广泛的应用。其中有些是由于意外事故而导致结构或构件的承载能力而需补强加固的；有些是由于混凝土强度或配筋不足而需补强加固的；有些是由于结构或构件达到或接近使用年限而需加固的；还有部分建筑是未进行抗震设防的，满足不了《建筑抗震鉴定标准》GB50023-95要求，需进行抗震加固。

一、碳纤维片加固特点

1、高抗拉强度、高弹性模量。

2、施工方便，无需任何夹具、模板，能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸，可多层粘贴，并能有效地封闭混凝土的裂缝；

3、耐腐蚀及耐久性能好。

4、不增加结构自重。

适用范围：适用于各种形式的钢筋混凝土结构或构件的加固补强。

加固机理：利用专用环氧树脂将抗拉强度极高的碳纤维片粘贴于混凝土结构表面，并与之形成整体，共同工作。

二、碳纤维加固结构施工特点

碳纤维加固结构技术是利用碳纤维材料的特性，将碳纤维粘贴在结构表面，从而起到对结构的加强作用。 在实际施工过程中，碳纤维既可以单层粘贴也可以多层粘贴，还可以缠绕.对于各种不同类型的节点、不规则的部位，都可用碳纤维进行加固处理。 在桥梁加固运用中，可粘贴在混凝土梁的顶面或底板上，用以提高梁的挠曲强度和刚度；也可粘贴在梁的腹板上，用以提高其抗剪强度；还可以将碳纤维缠绕在节点部位以满足抗震设计的要求，具有高强高效、施工便捷、周期短等特点。在碳纤维结构技术应用中，影响加固质量的因素主要有两方面，一是碳纤维材料的抗拉强度，二是粘贴碳纤维材料用粘结剂的剪切强度。 碳纤维和混凝土的粘结质量直接影响加固效果。 加固后，碳纤维与混凝土之间不能有气泡，不能起鼓。 另外，碳纤维布是一种可任意曲折的纤维布材料，施工不受加固长度的影响，适应面广。以上优点将使碳纤维加固结构技术在国内未来的加固行业中起着越来越重要的作用。

加固施工工艺流程如下:基层处理涂刷结构胶粘贴碳纤维检查与修补。

三、 施工工艺及施工方法

在碳纤维加固施工前，应尽可能地卸去部分荷载，使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷载作用减小到最小程度。其加固施工工序为：混凝土基底处理涂底层涂料用环氧腻子进行残缺修补贴碳纤维片养护涂装完工验收。

1、混凝土基底处理

（1）裂缝处理。宽度小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂抹封闭；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。“革历博”抗震加固的大梁大部分都有宽度不一的裂缝，最大裂缝达到 1mm以上，为此我们对所加固的主梁首先进行了压力灌胶处理。

（2）将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，达到结构密实部位，使其表面平整。

（3）检查外露钢筋是否锈蚀。如有锈蚀，需进行必要处理。

（4）对经剔凿、清除和露筋的构件残缺部分，用环氧砂浆进行修补、复原，达到表面平整。

（5）将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的段差等）打磨平整，修复后的段差要尽量平顺；棱角的部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径须≥30mm。

（6）结构或构件表面打磨后，用吹风机将表面灰尘和杂物清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分干燥。“革历博”工程施工中我们使用吹风机将灰尘清理后又用酒精进行清洗。

2、 涂底层涂料

（1）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间内用完。

（2）用滚筒刷均匀地将底层涂料涂刷于混凝土表面，指触干燥后（一般养护3～24小时）才能进行下一道工序的施工。

（3） 底层涂料指触干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般类似结露的露珠一样）要用砂布或角磨机磨平。

3、用环氧腻子进行残缺修补

（1）构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，并修复至表面平整、顺滑。

（2）内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补，使之平顺。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。

4、 粘贴碳纤维片

（1）树脂的主剂和固化剂应按规定的比列称量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完。

（2）纤维顺长方向片材的接头必须搭接10cm以上。该部位应多涂树脂，脱泡、树脂操作按正常进行。在片材宽度方向不需要搭接。

（3）贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用环氧树脂，称为下涂。贴片时，在纤维片和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使树脂渗浸进纤维中。

（4）纤维片施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂，称为上涂。如需多层粘贴则重复3.4.1～3.4.4步骤，并保证底层粘贴的碳纤维片上涂已指触干燥，才能粘贴下一层。

（5）最后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀、周边整齐。

5、养护

（1） 碳纤维片施工后，应进行养护，保证养护期间的温度不低于专用粘结剂的允许使用温度。

（2）养护期一般在1～2周内。

（3）对施工部位应进行遮挡封闭养护，防止风吹、雨淋或有可能人为扰动造成损坏。

6、 表面涂装

对于有外观装饰要求的结构或构件，可在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或喷沙抹灰后涂刷常规涂料。

四、 施工主意事项

（1）气温在5℃以下、相对湿度RH>85 %、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工。

（2）由于碳纤维片为电的良导体，应使其远离电源。

（3） 施工用各种树脂远离明火，并避免阳光直射。

（4）施工及检查人员应穿防护工作服，配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。

（5）施工现场通风状况良好。

（6）当树脂粘附在皮肤上时，应立即用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗或及时就医。

（7）施工过程中要注意严格按照设计方案中的位置进行粘贴碳纤维，如有偏差应根据实际情况画图留底备查，并注意告知后续施工人员在装修过程中注意保护，严禁钻孔、打钉等可能损坏碳纤维的作业。

我国对碳纤维材料的研究虽然起步较晚，但进展很快。由于碳纤维具有良好的力学性能，高强高效、材质薄、重量轻、施工简便、耐久耐腐蚀性好等优点，是加固混凝土结构的一种好方法，可以提高加固工程的经济效益和社会效益，值得大力推广，具有广阔的应用前景。