碳纤维加固混凝土结构的方法概述

摘要：本章阐述了碳纤维加固混凝土结构维修加固技术方法基本原理，分析常用碳纤维加固方法的特点和适用性。

关键词：混凝土； 碳纤维布；维修加固

Abstract: this chapter describes the CFRP reinforced concrete structure repair reinforcement technique method basic principle, this paper analyzes the characteristics of the commonly used method of carbon fiber reinforced plastics and suitability.

Keywords: concrete; Carbon fiber cloth; Maintenance and reinforcement

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1、引言

碳纤维材料是人造高新材料，它具有优异的力学性能及稳定性。这种材料适用于混凝土结构的维修加固。碳纤维它是一种纤维状的碳材料。碳纤维材料具有耐老化、强度高、轻量质、抗腐蚀、物理性能极其稳定等优点。碳纤维材料根据生产工艺方式和原材料的不同，可以分为沥青基碳纤维和聚丙烯晴基碳纤维。我们应根据工程实际选择合适的碳纤维材料，以达到最好的施工效益。

2、粘贴碳纤维布加固法

2.1碳纤维材料的要求

（1）碳纤维复合材料

碳纤维复合材料是由基体及纤维共同组成的。加固混凝土结构常用的纤维材料主要有以下三种：芳纶纤维(AFPR)、碳纤维(CFRP)、玻璃纤维（GFRP）。这三种复合材料的特点是：成完全线弹性的应力应变量，材料不存在屈服点或塑性区域。其中由于碳纤维材料具有优异的物理力学性能及化学稳定性，以及施工工艺便捷，所以它成为维修加固混凝土结构的理想材料。普通碳纤维是以沥青纤维(MPP)和聚丙烯晴基(PAN)为原料经高温碳化制成的，碳化程度将决定材料的弹性模量、密度与导电性等性能。碳纤维长丝直径通常在5μm,到8μm之间，并合成含3000～18000根的长丝束[1]。为改善碳纤维与基体的亲和性，纤维本身要经表面处理，形成能与基体反应的活性基团。

用碳纤维布材料加固混凝土结构时，要求按结构的受力和构造特点将碳纤维布用粘结材料有序地粘贴于构件表面，以达到利用碳纤维布的特性对结构变形的约束，并提高结构物的极限强度和承载能力的目的。

（2）粘结材料

能否保证碳纤维布与混凝同工作的重点是粘结材料性能的好坏程度。粘结材料也是它们两者之间传力途径的关键所在。我们选用的粘结材料必须要有足够的韧性，它不会因混凝土开裂导致脆性粘结破坏，同时必须有足够的强度与刚度，才可以保证碳纤维与混凝土间剪力的传递。粘结材料一般分为三类：底层涂料、整平材料和浸渍树脂。

①底层涂料（底涂胶）

粘贴碳纤维布加固混凝土结构采用的底层涂料一般简称为底涂胶。粘贴前混凝土表面要求经过打磨、清洗等处理后，先涂上一层很薄的底层胶，这层底胶要求即能浸入混凝土表面，又能提高混凝土表面的强度。底层胶的主要作用是改进混凝土与碳纤维材料的胶接性能，提高二者的粘结性能。因此我们要求选用的底涂胶必须具有粘度低，粘结性能好，渗入性强等特点。

②平整材料（找平胶）

粘贴碳纤维布加固混凝土结构用来平整混凝土表面的涂料简称为找平胶。粘贴碳纤维布加固混凝土结构时，只有当它与混凝土结构形成一个整体后才能产生优异的加固效果，所以要求碳纤维布与混凝土结构紧密粘贴，形成一个受力整体。实际工程中许多混凝土结构表面会有错位、转角部位等都有可能会损坏碳纤维布，混凝土凹凸表面及表面的小气孔很难通过基底处理一道工序就能够彻底清理掉。所以在施工时等涂抹的底层涂料测地干燥后，必须用找平胶对混凝土表面再进行找平处理。粘贴碳纤维布加固用的找平胶和碳纤维布一样应具有优良的力学性能、施工性能及触变性能。在施工过程中，找平胶的选用要求涂抹工艺简单，同时不随时间的延长出现明显的变形。

③浸渍树脂（粘贴胶）

粘贴碳纤维布加固混凝土结构时将碳纤维布粘贴于混凝土表面的浸渍树脂简称为粘贴胶。它在整个加固中起着非常重要的作用，是连接底胶与碳纤维布的关键材料。粘贴胶的粘度应控制在一定范围，利用浸渍树脂顺利地将碳纤维布粘贴于混凝土表面，经过碾压后，要求使浸渍树脂浸透碳纤维布，使它们形成一个受力体系以共同抵抗外力作用。浸渍树脂要求必须具有良好的渗透性、初粘力、触变性。胶粘剂与碳纤维的相容性和粘接力必须极好，这样才能保证混凝土和碳纤维布结合成整体受力体系，达到维修加固的目的。

④防护材料（罩面胶）

粘贴完碳纤维布后，为了施工表面美观和保护碳纤维布，往往会在碳纤维布表面涂抹其他的防护材料，俗称罩面胶。罩面胶要求涂抹在碳纤维布表面后不会脱层、掉落，有较好的温度适应能力，用以防止碳纤维布材料不被紫外线直接照射。罩面胶的选择范围较大，聚氨脂体系、丙烯酸体系、不饱和聚脂体系、有机氟体系等都可以选择使用。

⑤各层胶的相容性

碳纤维布加固混凝土结构补强施工工艺中，各层胶的涂抹要求是逐层叠加复合涂抹成的，并且与混凝土直接接触的只能是底涂胶。底涂胶、找平胶、碳纤维布粘贴主胶粘、罩面胶之间的相容性、粘接性能是必须充分考虑。实验中如发现同类型的胶粘剂粘接性较好，不同类型的胶粘剂的粘接相容性差就必须预先做实验加以证明后才可使用。

3碳纤维布加固混凝土结构施工工艺与要求

3.1施工前的准备作业、基面处理要求

将碳纤维布粘贴于混凝土前，要求先用砂轮机先清除和打磨混凝土结构表面的劣化层；混凝土结构基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位与凸出部分也要磨平，转角部位要进行倒角处理；裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补[2]。

混凝土基面的清理：先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气清除粉尘；再用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可用清水冲洗，但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。

涂刷底胶：按比例准确配制底胶并搅拌均匀，从而确保粘接质量，当底胶超过时间绝对不能使用；将配制好的底胶均匀地涂抹在混凝土基面，注意直横均匀涂抹和底胶的自然风干。当底胶硬化后，发现在表面有凸起部分时，要再用磨光机或砂纸打光，待底胶完全干燥后，才可以进行下道工序的施工。

粘贴面的修补：为确保加固效果，如果发现粘贴面上有凹入部位或气孔，必须先用找平胶进行修补找平，保证粘贴面的平整后，等找平胶干燥后才允许进入下一道工序的施工。

粘贴碳纤维布：依设计尺寸大小裁剪出需要的碳纤维布，根据现场施工经验和作业空间确保下料长度，如果遇到有需要进行接长的情况，接头长度要求不得小于15cm；施工时要注意控制下料数量，下料数量要求以当天能用完的量为准；粘贴碳纤维布时，根据设计位置由上而下，有左至右有秩序地粘贴，并以滚筒压挤粘贴片，使得碳纤维布与浸渍树脂充分结合，同时去除气泡；确保观察贴片是否粘贴密实，若发现有间隙或气泡，要求及时处理。保证不出现间隙或气泡。

罩面防护处理：粘贴完碳纤维布后，要在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干；确保材料表面已充分风干结合后，再在其表面涂抹罩面胶或采取其它防护措施处理。