摘要：碳纤维加固是将高强度碳纤维用专用结构胶（碳纤维胶）粘贴于混凝土结构表面，与混凝土结构形成一个共同工作体，使碳纤维与原有钢筋混凝土结构共同受力，以达到对结构及构件加固补强的目的，近年来，广泛用于工业及民用建筑中的钢筋混凝土梁、板、柱及剪力墙结构加固。
关键词： 碳纤维 钢筋混凝土结构 结构加固 碳纤维结构胶
引言：碳纤维加固与传统的加大混凝土结构截面补强相比，具有节省空间、施工简便、功效高、不需要现场固定设施，施工质量容易保证；采用碳纤维加固修补后，基本不增加原构件尺寸和原结构自重、耐腐蚀、耐久性好等特点，另外，采用该施工技术，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本，不受构件外形限制，对生产使用的干扰性小，因此，碳纤维作为钢筋混凝土结构补强的新型加固技术，而备受青昧和关注，下面以甘肃日报社编辑部大楼加固工程为例，介绍碳纤维加固施工技术。
一、材料要求
1、碳纤维采用高强度Ⅰ级300g碳纤维布，其品种和性能必须符合下列规定：
1.1对重要结构，如本工程中梁加固，必须选用聚丙烯腈基（PAN基）12K或12K以下的小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维。
1.2对一般结构，如本工程中的零星构件加固，除使用聚丙烯腈基（PAN基）12K或12K以下的小丝束纤维外，若由适配的结构胶，尚允许使用不大于15K的聚丙烯碳纤维。
1.3碳纤维布抗拉强度标准值不小于3400MP，与混凝土基材的正拉粘结强度不小于2.5MP，且为混凝土内聚破坏。
2、碳纤维胶采用Ⅰ类胶中的A级胶，其性能必须符合《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB50728-2011）中表4.2.2-2的要求，其抗拉强度不小于38MP，与混凝土基材的正拉粘结强度不小于2.5MP，且为混凝土内聚破坏。
3、结构材料进场应具有产品合格证、厂家检验报告、质量证明书，项目部必须对进场材料进行复试，经检测达到设计和规范要求后方可使用。
4、碳纤维材料在运输、储存中不得受挤压，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。
二、碳纤维加固施工方法
1、单位资质和人员要求
1.1碳纤维加固修复应由具有特种施工资质的单位施工，在施工前编制加固施工方案，并对操作人员进行技术交底。
1.2作业人员应经过培训、考核合格、持证上岗。
2、混凝土基底处理
2.1凿除原构件表面的粉刷层，若混凝土表面出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复、复原。
2.2如有裂缝，且缝宽小于0.2mm的裂缝，用碳纤维结构胶进行表面涂刷密封，对于大于0.2mm裂缝用碳纤维结构胶灌缝。
2.3用角磨机、砂纸等工具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，对构件基底表面凸出部分打磨整平，修复后的构件表面尽量平顺，转角处（粘贴碳纤维处）打磨成圆弧状（R≧30mm)。
2.4清洗或用吹风机清理打磨过的构件表面并使其充分干燥。
3、涂底涂树脂（碳纤维结构胶）
3.1把底涂树脂的主剂和固化剂按使用说明的比列称量准确后放入容器内，用搅拌器拌合均匀，一次调和量应以在可使用时间内用完为准，超过可使用时间不得使用。
3.2用滚筒刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时）再进行下一道工序。
3.3底涂树脂固化后，在表面有凸起部分时，要用砂纸打磨整平。
3.4气温低于5℃、相对湿度大于85％、混凝土表面含水率大于8％、有结露而无有效措施时不得施工。
4、找平
4.1混凝土表面凹陷部位、模板接头等出现高差的部位应用整平胶料（环氧修补砂浆）修补整平，尽量减少高差。
4.2转角的处理应用环氧砂浆将其修补为光滑的圆弧（R≧30mm)。
4.3整平胶料（环氧修补砂浆）固化后，方可再进行下一道工序，环氧砂浆固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时。
5、粘贴碳纤维
5.1确认粘贴表面干燥，气温在5℃以上、相对湿度小于85％，若施工环境不符合上述规定，应采取有效措施方可施工。
5.2按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，裁剪时应预先在裁切位置粘贴宽胶带，在宽胶带正中位置进行裁剪，以使裁切后碳纤维片材的断头齐整不脱丝，因此，粘贴前应用钢尺与壁纸刀按规定尺寸裁剪碳纤维片材，每段长度一般以不超过3m为宜。
5.3为防止片材在保管过程中损坏，片材的裁切数量应以当天的使用量为准。
5.4碳纤维片材的纵向接头必须搭接10cm以上，且该部位应多涂碳纤维胶，碳纤维片材横向不需要搭接。
5.5碳纤维结构胶的主剂和固化剂应按规定的比列称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应以在可使用时间内用完为准。
5.6贴片前用滚筒刷均匀地涂抹碳纤维结构胶，涂量是根据施工部位及施工面的粗糙程度而变化的，拱起部位、拐角部位、碳纤维搭接部位以及残缺修补处要多涂一些，但必须涂抹均匀。
5.7贴片时，在碳纤维片材和碳纤维结构胶之间不应残留空气形成气泡造成空鼓，为此可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维片材上滚压多次，对角隅处应向着角隅滚压，对拱起的部位要向相反的方向滚压，以去除气泡，使碳纤维胶均匀地渗入碳纤维片材的碳纤维束中。
5.8多层粘贴碳纤维片材时，重复上述步骤，并宜在纤维表面的胶指触干燥后尽快进行下一层粘贴，
5.9粘贴碳纤维片材的施工程序：双层（X方向）在上，单层（Y方向）在下。
5.10进行空鼓检查并进行处理，在最外层碳纤维片材的外表面均匀涂抹一层碳纤维胶料。
6、碳纤维养护及表面防护
6.1粘贴碳纤维片材后，需自然养护达到初期固化，在此之间应防止碳纤维片材受到硬性物体冲击，粘贴完成达到设计强度所需要自然养护的时间：
平均气温在10℃以下时，需2周
平均气温在10℃-20℃之间时，需1-2周
平均气温在20℃以上时，需1周
6.2当碳纤维结构胶固化期间环境温度低于5℃时，可采用低温碳纤维胶或采取有效的升温措施。
6.3碳纤维粘贴完成后，表面应涂刷面胶，待面胶固化干燥后在碳纤维粘贴加固区域采用水泥砂浆粉刷覆盖。
三、质量要求
1、所有进场材料，包括碳纤维片材和胶结材料、找平材料应符合质量标准，并具有产品合格证、质量检验报告，符合加固补强、设计要求。
2、材料性能抽样检验合格，对不同批次进场的材料，按照相关的验收规范进行碳纤维及胶结材料的性能抽样检验。
3、顺纤维方向搭接长度不小于10cm，多层粘贴时，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50cm。
4、碳纤维片材规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向及层数符合设计要求。
5、粘贴质量不符合要求割除修补时，应沿空鼓边沿将空鼓部位碳纤维割除，以每边向外缘扩展100mm大小的同样纤维材料，用同样的粘结剂补贴在原处。
6、验收时按照相关规范规定对施工质量进行现场抽样检验，养护严格遵守自然养护的时间要求。
施工质量检验及验收标准
四、安全文明施工
1、裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源，尤其是高压电线及输电线路。
2、碳纤维布的配套用胶要远离火源，避免阳光直接照射。
3、现场施工人员应穿工作服，同时还须佩戴口罩和手套，施工人员严禁在现场吸烟。
4、配置及使用胶的场所必须保持良好的通风。
5、施工所用砂、石子、水泥等材料堆码整齐，施工完毕后，将施工所产生的垃圾及时清运出现场。
五、结束语
碳纤维加固施工方法便捷，工效高，加固效果好，适用面广，质量易保证，耐腐蚀及耐久性能好。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；加固后碳纤维与混凝土结构形成一体共同工作，利用碳纤维材料高强的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。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。
参考文献：
《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB50728-2011）
《结构加固修复用碳纤维片材》GB/T 20490-2008
《混凝土结构加固技术规范》GB 50367-2006
《碳纤维片材、胶结料使用说明书》
《结构加固设计说明》
论文作者:沈世平
论文发表刊物:《科技中国》2017年3期
论文发表时间:2017/5/31
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