碳纖維加固技術(shù)
上海鴻安加固實業(yè)有限公司
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碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。
　　國內(nèi)較早通過的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其編號為CECS146：2003,
　　已經(jīng)被較新的地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》代替,其編號為GB 50367-2006.
　　碳纖維加固較近的標(biāo)準(zhǔn)是《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日期執(zhí)行。
　　一、前言
　　碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)地區(qū)。我國的這項技術(shù)起步很晚，但隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和交通事業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有建筑中有相當(dāng)一部分由于當(dāng)時設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低造成歷史**問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，亟需進(jìn)行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。
　　二、特點
　　碳纖維與傳統(tǒng)的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補(bǔ)強(qiáng)相比，具有節(jié)省空間，施工簡便，不需要現(xiàn)場固定設(shè)施，施工質(zhì)量易**，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，碳素纖維作為劃時代的補(bǔ)強(qiáng)材料，而備受青睞和關(guān)注。
　　(1)抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7-10倍。
　　(2)重量輕，密度只有普通鋼材的1/4。
　　(3)耐久性好，可阻抗化學(xué)腐蝕和惡劣環(huán)境、氣候變化的破壞。
　　(4)施工方便快捷、省力節(jié)時、施工質(zhì)量易于**。
　　(5)適用范圍廣，混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可進(jìn)行加固?？纱蠓忍岣邩?gòu)件的承載能力、抗震性能和耐久性能。
　　用途　
　　?混凝土結(jié)構(gòu)物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固。
　　?隧道、港灣設(shè)施、煙囪、倉庫、廠房的加固。
　　?受鹽害的混凝土、橋梁以及河川構(gòu)造物的防護(hù)和加固。
　　三、碳纖維加固適用范圍
碳纖維加固法可用于混凝土結(jié)構(gòu)抗拉、抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補(bǔ)強(qiáng)。
碳纖維布為按照一定規(guī)則排列組成的碳纖維織物，補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)時，在施工現(xiàn)場用浸漬樹脂將碳纖維布粘貼在結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，固化后與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形成復(fù)合體結(jié)構(gòu)，限制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)微裂縫的擴(kuò)展，以此提高構(gòu)件抗拉能力和變形約束力，達(dá)到加固的目的。碳纖維布具有輕質(zhì)高強(qiáng)和良好的耐腐蝕優(yōu)點。 

　　四、工藝原理
　　將抗拉強(qiáng)度較高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料（單向連續(xù)纖維）；用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，形成一個新的復(fù)合體，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性。
　　五、工藝流程及操作要點
　　工藝流程可以歸納為： 
施工準(zhǔn)備→砼表面處理→涂刷底膠→構(gòu)件表面殘缺面修補(bǔ)→粘貼碳纖維→
表面養(yǎng)護(hù)→找平材料配置→底層或樹脂配制→浸漬樹脂配制
　　操作要點：
1． 混凝土表面處理
　　1.1 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分*干凈。
　　1.2 對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。
　　1.3 裂縫修補(bǔ)：縫寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
　　1.4 打磨：將構(gòu)件表面凸出部分（混凝土構(gòu)件交接部位、模板的接槎等）打磨平整，修復(fù)后的構(gòu)件表面盡量平順。
　  1.5 清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。
　　2． 缺陷部位涂刷底膠
　　將配好的底膠（粘結(jié)劑），用涂刷均勻于缺陷部位的砼表面。
　　3． 構(gòu)件表面殘缺面的修補(bǔ)
　　用環(huán)氧膩子對構(gòu)件表面殘缺面的修補(bǔ)是十分重要的一步，要點如下：
　　1 膩子主劑、固化催進(jìn)劑、固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。
　　2 構(gòu)件表面凹陷部位用環(huán)氧膩子填平，修復(fù)至表面平整。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧膩子時，要在氣溫-5℃以上，相對濕度小于85%的條件下施工。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應(yīng)再用砂紙打磨平整。
　　4． 涂刷底膠
　　將配好的底膠（粘結(jié)劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結(jié)的砼表面。
　　5． 粘貼碳纖維
　　粘貼碳纖維材料之前，**應(yīng)確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在-10℃以上，相對濕度RH＞85%時，如無有效措施不得施工。為防止碳纖維受損，在碳纖維材料運(yùn)輸、儲存、裁切和粘貼過程中。應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料，每段長度一般以不**過6m為宜。為防止材料在保管過程中損壞，材料的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的用量裁切為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭**搭接20cm以上。該部位應(yīng)多涂樹脂，碳纖維橫向不需要搭接。其施工工藝要點如下：
　　5.1 粘貼樹脂的主劑、固化催促劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。
　　5.2 粘貼時，在碳纖維和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（**工具）沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹脂滲浸入碳纖維中。
　　6． 養(yǎng)護(hù)
　　粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù)1-2小時達(dá)到初期固化，應(yīng)**固化期間不受外界干擾和碰撞。
　　7． 涂裝
　　若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要*時， 可在樹脂固化后涂刷耐火涂層。涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。
　　六、材料
　　符合標(biāo)準(zhǔn)GB50367-2006規(guī)定的碳纖維加固材料有:
　　1),碳纖維單向織物布復(fù)合材,200克,300克,以及碳纖維條形板
　　2),S玻璃布,300克--450克
　　3),E玻璃纖維單向織物(布)300克--450克
　　4),改性環(huán)氧樹脂,用于粘接纖維布
　　5）碳纖維板，分1.2mm和1.4mm厚兩種。
　　碳素纖維加固材料是高強(qiáng)度碳纖維單向排列,用微量的樹脂浸滲后作為混凝土的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料，其抗拉強(qiáng)度大約是鋼筋的10倍，并且具有重量輕、高彈性、高強(qiáng)度、高耐久性等特性。目前常用的碳纖維加固材料有國產(chǎn)的上海同砼,北京703,海寧碳布,進(jìn)口的有日本東麗,閩臺重億,美國赫氏Hexcel,新日本石油.....等
　　七、機(jī)具設(shè)備
　　主要機(jī)具有砂輪切割機(jī)、角磨機(jī)、滾刷等，一般在2～4臺即可滿足工程要求。
　　八、勞動組織
　　每100M2面積碳纖維加固安排4名技術(shù)工人、6名普工。
　　九、質(zhì)量要求
　　1． 所有進(jìn)場材料，包括碳纖維材料和膠結(jié)材料，**符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合工程加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計要求。
　　2． 碳纖維材料在運(yùn)輸、儲存中不得受擠壓，以免碳纖維受損，也不得直接日曬和雨淋，膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲存。
　　3． 各工序的施工質(zhì)量，由技術(shù)人員負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督，每一道工序完成后提請技術(shù)員檢查、認(rèn)可后，才能進(jìn)行下道工序。
　　4． 涂底層涂料
　　涂料應(yīng)涂刷均勻、不得漏涂，嚴(yán)禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)用完。
　　溫度**7℃，相對濕度RH＜85%，混凝土表面含水率在8%以下，無結(jié)露現(xiàn)象時，**使用改性環(huán)氧樹脂。
　　5. 構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)
　　構(gòu)造物表面小孔、內(nèi)角**用環(huán)氧膩子修補(bǔ)平整，膩子涂刮后，表面仍存在的不平糙紋，應(yīng)再用砂紙磨平。
　　6. 粘貼碳纖維
　?、儋N碳纖維材料時須符合下述條件：
　　a、碳纖維材料應(yīng)按規(guī)定裁切。
　　b、氣溫、空氣濕度、構(gòu)件表面含水率等符合要求。
　　c、底層涂料及膩子達(dá)到指觸干燥（樹脂表面達(dá)到固化硬結(jié)）。
　　d、粘結(jié)樹脂的類型與施工時的氣溫適合，主劑和固化劑、固化促進(jìn)劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)用完。
　?、谔祭w維粘貼的質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。
　　a、下涂和上涂滲浸入碳纖維束良好。
　　b、碳纖維粘結(jié)嚴(yán)實。
　　c、對于直徑在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10個可認(rèn)為合格；若每平方米在10個以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。對于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。
　　d、順纖維方向搭接長度不小于20cm,各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間**錯開至少50cm。
　　e、碳纖維材料規(guī)格，粘貼位置、長度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合規(guī)定。
　　7. 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS146：2003。
　　十、效益分析
　　碳纖維加固，只要設(shè)計合理，與一般的粘貼鋼板法比較費用差不多，但碳纖維加固法施工便捷，工效高，沒有濕作業(yè)，不需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少，在施工工期、施工條件方面具有明顯的優(yōu)勢。碳纖維加固法加固效果好，高強(qiáng)*，適用面廣，質(zhì)量易**，耐腐蝕及耐久性能較佳。采用碳纖維加固修補(bǔ)后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。
　　碳纖維加固具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、抗腐蝕、耐老化、耐久性好、物理性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點。其抗拉強(qiáng)度是同等截面鋼材的7-10倍。用碳纖維加固材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)是近來發(fā)展而成的新型工法，與混凝土結(jié)構(gòu)形成一體共同工作，利用碳纖維材料**的抗拉強(qiáng)度達(dá)到的增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
　　這項技術(shù)具有施工簡便快捷、***、耐久性好，能適應(yīng)各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)外形，不影響原結(jié)構(gòu)的外觀等諸多優(yōu)點。已在混凝土結(jié)構(gòu)抗震修復(fù)加固補(bǔ)強(qiáng)工程中得到廣泛的應(yīng)用。
　　下面**介紹碳纖維板加固如下：
　　碳纖維板 Carbon fiber plain
　　Carbon碳纖維板材是用碳纖維和樹脂預(yù)制成型的復(fù)合材料。其秉承了碳纖維自重輕、輕度高和耐腐蝕等特性。卡本CFP系列碳纖維板采用日本東麗公司（TORAY）進(jìn)口碳纖維和樹脂預(yù)制而成，其纖維體積含量大于65%，性能**過地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)GB50367-2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》中碳纖維板材性能指標(biāo)的要求，可廣泛應(yīng)用到結(jié)構(gòu)加固工程中。
　　?性能特點
　　卡本CFP碳纖維板紗線張力均勻，保持了碳纖維強(qiáng)度，產(chǎn)品性能穩(wěn)定；
　　抗拉強(qiáng)度是普通鋼材的10倍以上，彈模**鋼材，具有優(yōu)異的抗蠕變和抗震性；
　　重量輕、柔韌性好、比強(qiáng)度（強(qiáng)度/密度）高、重量僅為鋼的1／5，有較高的韌性，可以盤卷。
　　施工便捷，施工質(zhì)量易**、材料不用預(yù)加工，工序方便；
　　良好的耐久性和耐腐蝕性，耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境的腐蝕，不須定期維護(hù)。
　　?技術(shù)參數(shù) 
產(chǎn)品
　　型號	纖維
　　方向	厚度
　?。╩m）	幅寬
　?。╩m）	長度
　?。╩）	抗拉強(qiáng)度（MPa）	彈性模量（GPa）	纖維體積
　　含量（%）	伸長率
　?。?）
CFP -512	單向	1.2	50	50/100	≥2400	≥160	≥65	≥1.7
CFP-1012	單向	1.2	100	50/100	≥2400	≥160	≥65	≥1.7

　　?應(yīng)用范圍
　　碳纖維板廣泛應(yīng)用到混凝土梁抗彎、抗剪加固，混凝土樓板、橋梁加固，混凝土、磚砌體墻、剪力墻加固，橋墩、樁柱等加固，以及煙囪、隧道、水池、混凝土管道等加固。
　　?施工方法
　　碳纖維板施工**遵循下列工序進(jìn)行：（1）施工準(zhǔn)備；（2）混凝土表面處理；（3）配制并涂刷底層樹脂；（4）配制找平材料并對不平整處修復(fù)處；（5）配制并涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂；（6） 碳貼碳纖維板材；（7）表面防護(hù)。 
　　其中，粘貼碳纖維板材的具體方法如下：① 應(yīng)按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維板，按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制粘結(jié)樹脂；②將碳纖維板表面擦拭干凈至無粉塵。如需粘貼兩層時，對底層碳纖維板兩面均應(yīng)擦拭干凈；③ 擦拭干凈的碳纖維板應(yīng)立即涂刷粘結(jié)樹脂，膠層應(yīng)呈突起狀，平均厚度不小于2mm；④ 將涂有粘結(jié)樹脂的碳纖維板用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實，使樹脂從兩邊溢出，**密實無空洞。當(dāng)平行粘貼多條碳纖維板時，兩板之間空隙應(yīng)不小于5mm；⑤ 需粘貼兩層碳纖維板時，應(yīng)連續(xù)粘貼。如不能立即粘貼，再開始粘貼前應(yīng)對底層碳纖維板重新做好清潔工作。
　　?注意事項
　　（1）碳纖維為導(dǎo)電材料，施工時應(yīng)注意*用電； 
　?。?）碳纖維板施工過程中應(yīng)避免橫向彎折和扭曲，否則*開裂破壞；
　?。?）碳纖維板在切割是速度不要太快或者用力過猛，否則*開裂破壞；
　　（4）碳纖維板配套樹脂的原料應(yīng)密封儲存，遠(yuǎn)離火源，避免陽光直接照射。

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