碳纤维布加固混凝土构件的施工方法及要点

碳纤维布加固混凝土构件的施工方法及要点
0 碳纤维加固法简介
用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构，是近来发展的新型工法，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度到达的增强构件承载能力及刚度的目的。

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构表面，与原建筑结构共同作用，以提高混凝土结构的承载能力，达到对建筑物结构的加固、补强目的。

碳纤维CFRP是整个土木工程界使用最为广泛且热门的加固材料，该项加固技术兴起于20世纪80年代，于90年代后期在我国迅速发展起来，国内外很多科研单位和高校就碳纤维CFRP加固混凝土构件这项新技术进行了大量的研究。

随着试验研究的深入，该加固技术的适用范围不断扩大，应用技术不断改进。

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。

采用碳纤维材料对砼结构进行加固补强的研究始於二十世纪八十年代美、日等发达国家。

阪神赶地震之后，日本许多工程的加固都采用了碳纤维材料。

从二十世纪九十年代后期开始，我国对碳纤维材料在建筑业中的应用与开发的研究逐步深入，目前处于十分活跃的态势。

一施工方法
1、加固原理
将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延长性。

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构表面，与原建筑结构共同作用，以提高混凝土结构的承载能力，达到对建筑物结构的加固、补强目的。

2、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。

本工艺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。

3、材料特性及要求
（1）材料基本特性
碳纤维增强聚合物（简称CFRP，也称为碳纤维增强塑料）是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。

碳纤维增强复合材料补强加固所采用的基本材料是高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，统称碳纤维片材。

将片材用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作。

1、碳纤维片材
片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400~3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为
240MPa 相比，片材的拉伸强度很高。

片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。

高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。

相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。

碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。

2、配套树脂类粘结材料
混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。

二施工工艺
1、施工流程
（1）施工前准备→混凝土表面处理→配置并涂刷底层树脂→对不平整处进行找平处理→碳纤维布的剪裁→调配、搅拌浸渍树脂→碳纤维布粘贴→最后一层碳纤维布表面涂浸渍树脂→进行表面防护处理。

（2）卸荷→底层处理→涂底层树脂→找平施工面→粘贴碳纤维布→检验→表面保护、装饰。

（3）外贴CFRP加固混凝土结构的施工流程为：基面处理→基面清洗→涂刷底胶→粘贴面修补→粘贴CFRP→养护→外表防护处理。

（4）构件基底处理→涂刷底胶→修补整平→粘贴碳纤维布→防护处理。

（5）清理障碍物→放线、验线→清理粘布混凝土结构面→配制涂刷底胶→混凝土结构面找平→粘贴碳纤维布→表面防护→报验。

（6）施工准备→混凝土表面处理→配制并涂刷底胶→对混凝土表面不平整处进行填补和找平处理→配制并涂刷结构胶粘剂→粘贴碳纤维片材→表面防护。

2、施工步骤及说明
（1）施工前准备
施工前除须将施工用工器具准备好以外，还应对照施工图将所需碳纤维布按设计规格裁剪好，裁剪好的碳纤维布应注意防污、防潮，不同规格的布不可搞混。

（2）混凝土构件表面处理
将混凝土构件转角处用手持式角磨机打磨成圆滑转角；砼表面凸起处应打磨平整、凹陷处应用修补胶抹平，松散处应敲掉后用修补胶抹平；施工部位的浮灰应吹净，用丙酮将施工部位擦拭干净，以除去油污。

（9）施工后保护、装饰
加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。

施工结束24小时内防止受潮，注意保护，防止刮伤加固表面，平均气温20-25C°时，固化时间不得小于7天，平均气温10C°时，固化时间不得小于10天，固化后碳纤维表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护，也可适当进行装饰。

3、施工注意事项
（1）碳纤维布接触表面干燥后应立即粘贴下一层，间隔时间不应超过一小时，否则应等待12小时后，重新涂刷粘浸胶粘贴下一层；施工环境不宜潮湿、多尘，施工温度应不低
于5℃；应注意不同的加固部位对碳纤维布纤维方向的要求，设计未注明的应与设计人员沟通；碳纤维布需搭接粘贴时，搭接长度应不小寸10cm；碳纤维为导电材料，施工时应注意用电安全；粘合剂对环境有污染，施工人员应采取防护措施，避免其对人员和环境的污染。

（2）配套树脂应密封贮存，远离火源，避免阳光直接照射；操作人员应穿工作服，戴好防护口罩；施工场所应配备各种必要的灭火器，以备救护。

（3）施工宜在环境温度为5℃以上的条件下进行，并应符合配套胶粘剂要求的施工温度，当温度低于5℃时，采用低温固化型的配套胶粘剂或采取加温措施；施工时应考虑环境湿度对胶粘剂固化的不利影响；进行混凝土表面处理和粘贴碳纤维片材前，要按照设计图纸进行放线定位。

（4）碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备和电源，或采取可靠的防护措施；施工过程中应避免碳纤维片材弯折；碳纤维片材配套胶粘剂应密封储存，远离火源，避免阳光照射；胶粘剂的配制和使用场所应保持通风良好；现场施工人员应采取有效地劳动保护措施。

（5）碳纤维布为导电资料，施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源，或采纳牢靠的防护办法；施工过程中应防止碳纤维布的弯折；碳纤维布配套树脂的应密封储存，远离火源，防止阳光直接照耀；树脂的制造和运用场所，应坚持通杰出；碳纤维布现场施工人员应采纳相应的劳作维护办法。

三优点
（1）碳纤维复合材料：材质自重轻，施工方便快捷，不增加结构荷载；强度高，能灵活地用于抗弯、封闭箍和抗剪加固；柔韧性好，不受结构（梁、柱、通风筒、管道、墙体等）外形限制；耐久性佳，抗化学腐蚀和恶劣环境气候变化的能力强；抗高温、抗蠕变、抗磨蚀、抗震性能好；适用范围广、混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。

比重为铁的五分之一，强度为铁的10倍，不生锈，不腐蚀。

（2）具有施工工期短、施工方便、强度高、效果好、自重轻、抗腐蚀、对基层要求低、施工费用低等优点。

2.1适用范围广阔
因为CFRP 可以规模是生产并具有优越的力学性能，故其可以运用的建筑工程范围较为广泛，例如：建筑物、构筑物、桥梁、地铁、隧道等。

2.2 使用方便
运用CFRP 加固修复时，其使用的工器具简单并且容易携带，能够快速、安全、有效的完成加固任务。

2.3 本身自重小
通常的CFRP 成平为布状或者片材形状，其质量轻并且强度高，对被加固修复的混凝土结构不具有任何的自重荷载和不占用结构的使用空间。

2.4 施工质量好
用CFRP 加固混凝土结构施工工艺非常简单和易于操作，故其施工质量的控制也能达到较大的保证率。

2.5 有良好的耐久性能
通过前人所作的实验研究可以了解到CFRP 加固混凝土结构在耐久性能方面具有很大的优势，无论是酸雨侵蚀还是日光的作用等CFRP 都可以有效的抵抗而几乎不降低它的力学性能。

2.6 使用成本低
虽然CFRP 的价格相对较高，但在施工的工艺还有工器具的选择上，CFRP 加固混凝土结构具有绝对的优势，并且它的加固过程使用的人工和时间均较少，故综合起来CFRP加固混凝土结构的成本也具有很大的优势。

1、本身碳布自重轻，厚度小，因而加固后几乎不增加质量和体积；
2、具有良好的柔韧性，适用于梁、柱、板、管道和墙体等各种形状的构件；
3、耐酸、碱、物理腐蚀，适用各种不同环境；
4、施工便捷，周期短。

四施工要点
施工中应注意的要点有：混凝土与碳纤维布之间界面处理和好坏直接影响到混凝土梁的加固效果。

在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作。

影响加固效果的参数很多，主要包括：加固梁本身的性能及几何情况(支撑情况、高跨比、剪跨比、混凝土强度、配筋率、配箍率等)和加固材料的性能(CFRP的厚度、弹性模量、胶的弹性模量及极限延伸率等)。