碳纤维布结构加固方案

碳纤维布的优点

1、自重轻，施工方便快捷，不增加结构荷载；

2、轻度高，能灵活地用于抗弯、封闭箍和抗剪加固；

3、柔和性好，不受结构（梁、柱、通风筒、管道、墙体等）外形限制；

4、耐久性佳，抗化学腐蚀和恶劣环境气候变化的能力强；

5、抗高温、抗蠕变、抗磨蚀、抗震性能好；

6、符合环境要求；

7、适用范围广、混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。

碳纤维布的特征

1、比重为铁的五分之一；

2、强度为铁的10倍；

3、不生锈，不腐蚀；

4、X线可透视，耐化学药品性，耐热性，积低温性。

碳纤维布的应用

1、建筑物梁、柱、楼板结构补强；

2、桥梁、桥墩、桥面结构补强；

3、隧道、烟囱结构补强;

4、海滩建筑物防腐补强。

采用碳纤维布的目的

1、提高承载能力；

2、增加延性；（对于抗震结构，在加固设计中即增加延性）

碳纤维布加固的效果

改善结构状态（减少变形、降低原有结构应力、减少裂缝）

碳纤维布加固的技术要点

1、受弯加固时，纤维方向应与加固的受力方向一致；

2、受剪加固、抗震加固时，纤维方向宜与构件轴向垂直；

3、受弯加固和受剪加固时，混凝土强度等级应不低于C15；

4、采用封闭粘结碳纤维加固混凝土柱时，混凝土强度等级应不低于C10；

5、碳纤维加固的效果主要取决于纤维的粘贴工艺，应由专业施工队伍负责施工。

碳纤维布加固技术

粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术是一项新型、简便、有效的混凝土桥梁加固技术。该技术充分应用了碳纤维增强复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳及施工简便等许多优点，为混凝土桥梁加固技术注入了新的活力。碳纤维布加固修补结构技术是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构加固补强的目的。

碳纤维布加固的优点

与传统的粘钢法等其他加固工艺相比，采用碳纤维布加固旧桥具有以下几个方面的优点：

①不增加结构恒载及断面尺寸。

②可适应不同结构的外表尺寸，成型方便。

③对原结构不会产生新的损伤。

④碳纤维布具有优良的耐化学腐蚀性。

碳纤维布加固的材料要求

加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。加固混凝土构件时，按构件的不同受力特点用粘结材料将碳纤维布有序地缠绕粘贴于构件表面，实现对构件变形的约束并因此提高构件的极限强度和承载能力。

在旧桥加固的应用过程中，碳纤维布的抗拉强度一般不宜小于3000mpa，弹性模量不小于2.1x105 mpa。根据碳纤维布的品质不同，其厚度一般在0.11～0.43mm之间，幅宽在20～100cm，卷材长度为50～100m。对于桥梁加固工程而言，单层碳纤维布单位面积碳纤维质量不宜低于150g/m2，一般不超过450 g/m2，最高可提高到600 g/m2。

粘结材料是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，粘结材料需要有足够的刚度和强度，同时也要有足够的韧性。

粘结材料一般是由主剂和固化剂配制而成，通常分为适合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型两种类型。主剂和固化剂按照工艺要求与规定的比例混合均匀，以形成所需要的底层树脂、找平树脂、粘结树脂。其性能指标要求一般按照表1内的数据来进行控制。

粘结树脂性能指标要求

性能指标要求

拉伸剪切强度≥10mpa

拉伸强度≥30mpa

压缩强度≥70mpa

弯曲强度≥40mpa

正拉粘结强度2.5mpa且被加固混凝土的抗拉强度标准值

弹性模量≥1500mpa

伸长率≥1.5%

3 碳纤维布加固的受力特点

碳纤维布加固钢筋混凝土抗弯构件，是通过将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维布后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维布的应变很小，基本不发挥作用；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同受力，应变增长加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。

4 碳纤维布加固的施工技术与质量控制

（1）施工技术

碳纤维布加固技术是依赖于碳纤维布与混凝土表面的粘贴效率，所以一般要求基面的混凝土强度等级不低于C15，同时要求被加固构件应具有良好的保护层，即基面平整且具有一定强度。对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复，并应将粘贴基面打磨平整、整理干净，而且不应有尖锐楞角和浮灰粉尘，以防止碳纤维布的局部破坏和粘贴失效。

涂刷底层树脂时，一般按比例准确配制好胶水后搅拌均匀，且一次调和量应在可使用时间内用完，以确保粘结质量。在涂刷过程中，要用滚筒或刷子均匀地涂抹在基面上，自然风干。

用碳纤布加固混凝土构件，一般都采用薄布多层的粘贴方法，使其与粘结材料充分浸润，并用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，以确保粘结效率。一般情况下碳纤维布不搭接，若碳纤维布确需搭接时，其搭接部位应避开构件应力最大区段，搭接长度不应小于100mm，且搭接端部应平整无翘曲。若碳纤维布需多层搭接，则各层接口位置，不应在同一面，其接口位置的相互净距一般应大于200mm。

环境要求：在5℃以上的温度条件下进行，雨天和可能结露的天气，应当停止施工。

（2）施工时质量控制

⑴ 施工温度

由于环氧树脂在低温下固化过程比较缓慢，涂层不易均匀，因此一般施工温度都选择在15℃～28℃的温度下进行施工。

⑵ 应保持成型所需要的压力

桥梁粘结加固补强工程，大多数都是在梁（板）的底面进行，由上而下进行粘贴。无论采用哪一种补强材料，如果成型时施加的压力不足，势必会造成加固补强层下坠，与混凝土之间的粘合不紧密，以致使补强层材料发生脱落，影响加固补强的效果，特别对于较长的梁体加固而言，可以在粘贴范围内设置碳纤维布u型箍锚固。u型箍应在粘贴范围内均匀布置，、而且一般在端部需设置一道，u型箍的粘贴高度宜伸至板底面，每道u型箍的宽度与厚度均不宜小于受弯加固碳纤维布宽度的一半。

⑶ 空鼓处理

粘贴时树脂涂刷要均匀，并用力刮平，将气泡挤出来，以免形成空鼓和脱胶，影响加固补强的效果。若检查发现粘贴出现了空鼓现象，可采取注入环氧树脂法、割刀切入填充树脂修补法、补丁修补法等措施予以弥补。

碳纤维布加固技术于国内最早通过的规范是2003年《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，其编号为CECS146：2003,现已经被最新的国家标准规范2013《混凝土结构加固设计规范》代替,其编号为GB 50367-2013.

一、前言

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的技术研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步较晚，但随着我国经济建设和建筑事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修加固补强。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、植筋加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术,誉为:加固补强新斗士。

二、特点

碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。

(1)抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍。

(2)重量轻，密度只有普通钢材的1/4。

(3)耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。

(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。

(5)适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。

用途　

·混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。

·隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。

·受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。

三、碳纤维加固适用范围

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。

四、工艺原理

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（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、抗裂性和延伸性。

五、工艺流程及操作要点

碳纤维加固工艺视频流程可以归纳为：

施工准备→放设施工线 →基面处理 →刷抹漆底胶 →刮腻子 →粘贴碳纤维布 →表面养护→涂刷碳纤维专用胶。

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。

2 对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，进行修补、复原。

3 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。

4 打磨：将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的接槎等）打磨平整，修复后的构件表面尽量平顺。

5 清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。

2． 缺陷部位涂刷底胶

将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面。

3． 构件表面残缺面的修补

用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步，要点如下：

1 腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。

2 构件表面凹陷部位用环氧腻子填平，修复至表面平整。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在气温-5℃以上，相对湿度小于85%的条件下施工。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。

4． 涂刷底胶

将配好的底胶（粘结剂），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。为防止碳纤维受损，在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料，每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏，材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。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。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。

6． 养护

粘贴碳纤维材料后，需自然养护1-2小时达到初期固化，应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。

7． 涂装

若加固补强构件需要防火时， 可在树脂固化后涂刷耐火涂层。涂装应在树脂初期固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。

六、材料

符合国标GB50367-2013规定的碳纤维加固材料有:

1)碳纤维单向织物布复合材,200克,300克,450克,以及碳纤维条形板

2)S玻璃布,(玄武岩布),单向织物(布)复合材,300克--450克

3)E玻璃纤维单向织物(布)300克--450克

4)改性环氧树脂,用于粘贴纤维布

碳素纤维加固材料是高强度碳纤维单向排列,用微量的树脂浸渗后作为混凝土的修复补强材料，其抗拉强度大约是钢筋的10倍，并且具有重量轻、高弹性、高强度、高耐久性等特性。目前常用的碳纤维加固材料有国产的点辰、SKO、牛固、赛科欧、加固博士,进口的有西卡、慧鱼、日本东丽等

七、机具设备

主要机具有砂轮切割机、角磨机、滚刷等，一般在2～4台即可满足工程要求。

八、劳动组织

每100平米面积碳纤维加固安排4名技术工人、6名普工。碳纤维布的施工应由具过硬施工工艺技术的专业施工队伍完成，并应精心组织、精心施工.

九、质量要求

1． 所有进场材料，包括碳纤维材料和胶粘剂材料，必须符合质量标准，并具有出厂产品合格证，符合工程加固补强设计要求。

2． 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。

3． 各工序的施工质量，由技术人员负责指导、监督，每一道工序完成后提请技术员检查、认可后，才能进行下道工序。

4． 涂底层涂料

涂料应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。

温度低于7℃，相对湿度RH＜85%，混凝土表面含水率在8%以下，无结露现象时，必须使用改性环氧树脂。

5. 构件表面残缺修补

构造物表面小孔、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。

6. 粘贴碳纤维

①贴碳纤维材料时须符合下述条件：

a、碳纤维材料应按规定裁切。

b、气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求。

c、底层涂料及腻子达到指触干燥（树脂表面达到固化硬结）。

d、粘结树脂的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂、固化促进剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。

②碳纤维粘贴的质量检验标准。

a、下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好。

b、碳纤维粘结严实。

c、对于直径在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10个可认为合格；若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修。对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需进行补修。

d、顺纤维方向搭接长度不小于20cm,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10cm。

e、碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定。

7. 技术标准：《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003。

十、效益分析

碳纤维加固，只要设计合理，与一般的粘贴钢板法比较费用差不多，但碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。碳纤维加固法加固效果好，高强高效，适用面广，质量易保证，耐腐蚀及耐久性能极佳。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。

碳纤维加固具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点。其抗拉强度是同等截面钢材的7-10倍。用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构是近来发展而成的新型工法，与混凝土结构形成一体共同工作，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度达到的增强构件承载能力及刚度的目的。

这项技术具有施工简便快捷、安全可靠、耐久性好，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。

加固博士（上海）建筑科技有限公司深耕建筑房屋的加固领域，熟悉加固检测鉴定、加固结构设计、材料及施工安装等整个环节，经验丰富。从事加固的材料研发生产9年多，拥有碳纤维布数十个材料品类，满足不同加固场景应用需求。