摘要：就碳纤维材料（碳纤维布）的特性、加固补强原理、操作流程进行论述，并通过实际案例的应用，对加固补强工艺进行分析，并提出整改要求。
关键词：碳纤维、加固、补强
前言：随着我国经济建设的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于历史遗留问题以及使用功能的改变，设计荷载已难以满足当前使用的需求，亟需进行维修加固。碳纤维材料（碳纤维布）加固补强是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一新型的结构加固技术。现就碳纤维材料的加固补强应用进行简要分析。
一、碳纤维复合材料与碳纤维布
碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的，具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与之不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。此外碳纤维比重小，具有很高的比强度。
碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布等，是一种单向碳纤维加固产品，通常采用12K碳纤维丝织造。碳纤维布一般厚度为：0.111mm（200g）和0.167mm（300g），宽度100~500mm不等。
二、结构加固原理与执行标准
加固原理：将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成复合增强材料（单向连续纤维）；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、抗裂性和延伸性。
中国国内最早的规范是2003年《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，其编号为CECS146：2003，已经被最新的国家标准规范《混凝土结构加固设计规范》替代，其编号为GB50367-2013。
三、产品特点与适用范围
碳纤维加固可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，广泛用于各类工业与民用建筑的结构补强。碳纤维加固与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有如下优点：
1)材料轻质量高强度，节省空间，基本不增加结构尺寸及自重。
2)施工方便快捷、不需要大型机具，没有湿作业，无需动火，省力节时。
3)适用范围广，灵活性强，可用于混凝土构件、钢结构、木结构等各种类型和形状的结构构件加固，可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。
四、工艺流程与操作要点
工艺流程：施工准备→砼表面处理→配置并涂刷缺陷部位底胶→构件表面残缺面修补→碳纤维下刷底胶→粘贴碳纤维、刷浸渍树脂→表面养护
操作要点如下：
1.混凝土表面处理
1)将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，并进行必要的修补、复原。
2)裂缝修补：缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
3)打磨：将构件表面凸出部分打磨平整，构件表面尽量平顺。
4)清洗并充分干燥打磨过的构件表面。
2.将配好的底胶（粘结剂），均匀涂刷于缺陷部位的砼表面。
3.构件表面残缺面用环氧腻子进行修补
4.将配好的底胶，用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面。
5.粘贴碳纤维
粘贴碳纤维材料之前，首先应确认粘贴表面干燥。气温在-10℃以上，相对湿度RH>85%时，如无有效措施不得施工。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。该部位应多涂树脂，碳纤维横向不需要搭接。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其施工工艺要点如下：
1)粘贴树脂的主剂、固化催促剂和固化剂应按规定的比例称量准确，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。
2)粘贴时，在碳纤维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材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。
五、工程案例
（一）工程概况
威海市和平路3号楼，为上世纪80年代末期建成的一栋局部框架的砖混预制板结构办公商住一体楼，预制砼桩、粘土砖承重墙。
该建筑西侧办公部分原为一机关单位办公楼，后被房地产企业购得。囿于周边空间狭窄，加之居住部分的住户反对，无法对此楼进行整体的拆除重建，只能采取结构加固对建筑进行维护。
根据设计图纸，对框架柱与主梁小部分进行结构植筋，采用加大砼构件截面法进行加固，其余大部分采用碳纤维布加固进行补强处理。
（二）使用材料
本工程碳纤维布采用德州美恒碳纤维有限公司生产的一级300g/m2碳纤维布，环氧树脂采用济南庆达丰成工程技术有限公司生产的“固诺牌”碳布胶，现场技术资料中留存检测报告、合格证及其他质量文件。
（三）加固方法
a.清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
b.将砼柱棱角打磨半径25mm，并对混凝土表面进行处理。
c.配制并涂刷底层树脂，按供应商提供的工艺规定配制底层树脂，将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。在树脂表面指触于燥后立即进行下一步工序施工。配制找平材料并对不平整处修复对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整。
d.粘贴碳纤维布。本工程对砼框架柱纵向粘贴三层通长设置的碳纤维，横向粘贴碳纤维箍200*0.167（上下各800mm满粘，中部间距@400粘贴）进行加固，碳纤维织物环向阶段点的延伸长度200mm切各条带搭接位置错开布置。现场施工要：
①按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；
②配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴构件；
③沿着纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布；
④碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
（四）质量要求
a.构件表面小孔、内角必须用环氧腻子修补平整，腻子涂刮后，表面仍存在的不平糙纹，应再用砂纸磨平。
b.碳纤维布材料应按规定裁切。材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数、搭接长度等应符合设计要求及相关规定。
c.涂胶应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工。
d.配置碳布胶（粘结树脂）应计量准确，搅拌均匀，并应在规定时间内用完。
（五）注意事项
a.碳纤维布为导电材料，施工时应远离电气设备及电源，并采取可靠的防护措施。
b.碳纤维布的抗拉强度很大，抗折，抗弯效果差，施工过程中应避免碳纤维布的弯折。
c.碳纤维粘贴后应该用防腐砂浆进行隐蔽，以防止长时间晾晒影响使用寿命。
d.碳纤维布配套树脂应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
（六）工程总结
经过有序、合理施工，本工程最终圆满完工，碳纤维加固使得老楼焕发生机，得以继续安全使用。碳纤维加固技术的应用，得到了业主及监理单位的一致好评，在取得经济效益的同时也获得了良好的社会效益。
六、结语
综上所述，碳纤维材料以其优异的材料性能、方便快捷的施工工艺、良好的补强效果，在结构加固补强工程中日益得到广泛应用。但在现场施工中我们还应坚持按流程施工，按操作程序施工，以保证工程效果。
论文作者:李晓林,李景阳
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/30
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