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1. 概述

　　碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，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。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。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。

　　2. 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，比强度高，耐腐蚀、耐久性能好，有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向等表现出很高的强度等特点。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，备受青睐和关注。

　　3. 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。

　　4. 工艺原理

　　将抗拉强度*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。

　　5. 工艺流程及操作要点

　　工艺流程可以归纳为：施工准备→混凝土表面处理 →配置并涂刷底胶→配置修补胶并对混凝土表面不平处进行*和找平处理→配置并涂刷结构胶黏剂 →粘贴碳纤维片材 →表面养护→涂刷碳纤维胶。

　　5.1 施工准备

　　1）应认真阅读设计施工图。

　　2）应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际状况，拟定施工技术方案和施工计划。3）应对所使用的碳纤维片材、配套胶黏剂、机具等做好施工前的准备工作。

　　5.2 表面处理

　　1）应清除被加固构件表面的夹渣、疏松、蜂窝、麻面、起砂、腐蚀等混凝土缺陷，露出混凝土结构层，并修复平整。对较大的孔洞、凹陷、露筋等部位，在清理干净后，应采用粘结能力强的修复材料进行修补。

　　2）应按设计要求对裂缝进行灌注或封闭处理。

　　3）被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至*露出混凝土结构新面。转角粘贴出应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧曲率半径不应小于20mm。

　　4）混凝土表面应清理干净并保持干燥。

　　5.3 涂刷胶底

　　1）应按胶黏剂生产厂家提供的工艺条件配制胶底。

　　2）应采用滚筒刷将胶底均匀涂抹于混凝土表面，在胶底表面指触干燥时，立即进入下一工序的施工。

　　5.4 找平处理

　　1）应按生产厂家提供的工艺条件配制修补胶。

　　2）应对混凝土表面凹陷部位用修补胶*平整，不应有棱角。

　　3）转角处应采用修补胶修成光滑的圆弧，其曲率不应小于20mm。

　　4） 宜在修补胶表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。

　　5.5 粘贴碳纤维片材

　　5.5.1 应按下列步骤和要求粘贴碳纤维布：

　　1）应按设计要求的尺寸剪裁碳纤维布。

　　2）应按生产厂家提供的工艺条件配制结构胶黏剂，并均匀涂抹于粘贴部位。

　　3）将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使胶液充分浸透碳纤维布；滚压时不得损伤碳纤维布。

　　4）多层粘贴时应重复上述步骤。

　　5）应在很后一层碳纤维布的表面均匀涂抹结构胶黏剂。

　　5.5.2应按下列步骤和要求粘贴碳纤维板。

　　1）应按要求的尺寸裁剪碳纤维板，并按生产厂家提供的工艺条件配制结构胶黏剂。

　　2） 应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。当需粘贴两层时，底层碳纤维板的两面均应擦拭干净。

　　3）擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷结构胶黏剂，胶层*应呈拱起状，平均厚度不应小于2mm。

　　4）应将涂有胶液的碳纤维板用手轻压于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使胶液从两边挤出，保证密室无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm。

　　5）需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再开始粘贴时应对碳纤维板重新进行清理。

　　5.6 表面防护

　　当需要做表面防护时，应按有关标准的规定处理，并保证防护材料与碳纤维片材之间有可靠地粘贴。

　　5.7 施工安全和注意事项

　　1）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。

　　2）施工过程中应避免碳纤维片材弯折。

　　3）碳纤维片材配套胶黏剂的原料应密闭储存，远离火源，避免阳光直接照射。

　　4）胶黏剂的配制和使用场所应保持通风良好。

　　5）现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。

　　6. 质量要求

　　1）所有进场材料，包括碳纤维材料和胶结材料，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：

　　1 碳纤维材料应按规定裁切。

　　2气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求。3 底层涂料及腻子达到指触干燥（树脂表面达到固化硬结）。4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。1下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好。2 碳纤维粘结严实。

　　3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。

　　4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50cm。

　　5 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。

　　⑥ 技术标准：

　　《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006；

　　《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003。

　　7. 结语

　　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。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，利用碳纤维材料的抗拉强度达到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。

1.前言：

　　嘉兴市南溪路迎宾桥位于南湖风景区主入口，建成于1993年，为三跨3X16.8m简支梁桥，桥面宽度12.5m，上部为16.76m工字梁加微弯板结构，下部为钻孔灌注桩接盖梁基础，设计荷载为汽-20，挂-100。现实施南溪路拓宽改建，该老桥两侧各拼宽15m，使桥面总宽度达42.5m，设计荷载提高至城-A级。

　　老桥加固项目中由于老桥梁板原设计荷载较低，无法满足新荷载等级要求，经结构计算原梁板抗弯不足，需对原梁板实施加固处理，提高其荷载承载能力。经方案比选决定采用对梁板底粘贴碳纤维布加固法。

　　2. 碳纤维布加固特点

　　碳纤维布加固修复混凝土结构技术是采用配套粘结树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面，起到结构补强和抗震加固的作用。广泛适用于建筑梁、板、柱、墙等的加固，以及桥梁、隧道、烟囱、筒仓等其它土木工程的加固补强。

　　碳纤维布具有以下优点：1.重量较轻，柔软、容易粘贴、质量可保证，施工方便。基本上能不增加构件自重也不改变构件截面的尺寸。2.碳纤维布的抗拉强度较高，其抗拉强度达HRB级钢筋强度的10倍以上，可得到与使用钢板补强相同效果。3.产品厚度小，可交叉重叠，能适用于各类不规则面及曲面等结构上。4. 可以按要求裁切，柔软性也很好，能够与钢筋混凝土表面粘接紧密，对于施工质量的易于控制和保证。不需要大型的施工机具，作业时不产生明火，并能搭接粘结任意延长。5.耐性、碱型及大气环境等的腐蚀作用，耐久性好。6.可提高柱体的抗震能力约2至4倍。7.环保无有害物质，且贮存时间长，对施工的工期调整而产生的影响小。

　　3. 碳纤维布加固施工工艺简介

　　碳纤维施工工艺主要包括以下步骤：1.施工前期准备；2.基面的处理；3.配制并涂刷底层环氧树脂胶并做好找平处理；4.粘贴碳纤维布；5.碾压；6.滚涂环氧树脂浸渍胶；7.表面防护处理。

　　1.施工前期准备：拟定加固工程的整个施工方案以及施工的计划进度安排，对所使用的碳纤维布、配套的树脂胶以及所使用的机器设备做好施工前的检测和准备工作。认真阅读施工设计图纸复核相关尺寸及数量。

　　2.基面的表面处理：全面打磨基材表面，清除被加固体表面的疏松、受腐蚀、风化等的问题面层，并去除其表层的油污或浮浆等杂质，使其无任何附着物。粘贴处如有尖锐棱角处需将其打磨成圆角，其很小圆弧内径不小于20mm。如结构表面有裂缝需按设计要求对其进行加固修复，如裂缝宽度超出规范限值应报设计单位复核确认。

　　3. 配制并涂刷底层环氧树脂胶并做好找平处理：涂底层环氧树脂，修正不合处，在底层树脂胶表面干燥后涂环氧树脂浸渍胶到粘结面，胶量需充足并饱满并同时做好找平处理。

　　4.粘贴碳纤维：按设计要求尺寸裁剪后碳纤维布后将其粘贴于混凝土涂胶面，碳纤维方向应与粘贴部位的受力方向*，碳纤维布应平直、延展，如有接头，其搭接长度应不小于20cm。但有多层粘结时，应在碳纤维布表面干燥后即实施下一层的粘结。如果间隔时间超过40分钟，则需等12个小时后再涂刷环氧树脂粘结剂粘贴下一层碳纤维布。

　　5.碾压：粘贴好碳纤维布后应立即用橡胶棍或塑料刮板反复碾压其表面，使其平顺、无气泡并使粘结剂充分渗透，确保粘贴效果。

　　6.滚涂环氧树脂浸渍胶：再次在碳纤维布表面滚涂环氧树脂浸渍胶，要求能充分浸润碳纤维布的纤维中。

　　7.表面防护处理：用水泥砂浆或3～6mm石英沙覆盖在碳纤维布加固面上，使其能减缓风化腐蚀等外界影响，增长其使用年限。

　　4. 施工条件和注意事项

　　1、施工表面应清洁和干燥。

　　2、施工温度 理论上应大于5℃，小于40℃。

　　3、严禁在雨天露天施工。

　　4、相对湿度大于85%或混凝土表面结露的场合，不允许施工。

　　5、请于作业场所设置局部排气设备。作业中应着保护镜、保护手套、防尘口罩等保护工具。若附着于皮肤时请于使用肥皂后以清水冲洗。请尽量勿使毛羽及线屑附着于插座及其他电器产品，亦不可让本产品与电源接触。

　　5.注意事项

　　1.碳纤维布为导电的材料，故施工中应注意远离电气设备和电源，或采取安全的措施予以防护。

　　2.碳纤维布应避免弯折、扭曲或附着杂质，不然会严重影响其强度性能。

　　3.碳纤维应存储于凉爽干燥的地方，避免阳光直接照射或日晒雨淋。

　　4.现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。

　　6. 检验和验收

　　1.施工开始前，应确认碳纤维材料和粘结剂、底层树脂、找平材料的产品合格证、质量检验报告。

　　2.施工质量检验及验收标准如下 　

　　3. 粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维割除，以每边向外缘扩展100大小之同样碳纤维材料，用同样粘结剂，补贴在原处。　

　　7.桥梁工程应用中的可行性

　　桥梁工程由于其结构较繁琐，桥梁周围地形复杂，多建筑物、水管、通讯设施等，桥梁加固作业面较小，对加固限制条件较多，但运用碳纤维布材料进行加图时只需要用相应的粘结剂将碳纤维布粘贴于桥梁需加固部位的结构层表面即可，同时它具有柔软可裁剪的特性故施工十分方便；另外由于碳纤维布自身重量很小，相对于桥梁受力结构的自重来说其质量几乎可以忽略，因而对结构的整体受力所增加的额外荷载也可忽略，对结构受力有利而无害。

　　本工程中工字梁底宽30cm，梁高80cm，长16.76m，经结构计算，设计采用UT70-30型碳纤维布，纤维重量300g/m2,设计厚度0.167mm，设计抗拉强度3.4kN/mm2,宽度50cm。采用“U”型粘贴法，分三层粘贴于原工字梁底部，每层端部各缩短1.5m。由于梁底距水面高度近1.7m，施工时采用驾船施工作业。该设计施工图其经济高效性及施工便捷性获得业主及施工单位*认可，其加固效果将待工程完工后做进一步追踪调查。

　　8.结束语

　　粘贴碳纤维布或碳纤维板加固技术在桥梁加固工程域是一种新型的加固技术，截止目前已在国内一些城市的桥梁加固域得到了初步的应用，并取得了不错的效果，经济效益也相对明显；在对应桥梁类的钢筋混凝土结构来说碳纤维布的能提高结构构件的抗拉强度增强抵抗变形的能力，有效减少裂缝的开展。此加固技术施工便捷，材料自重轻、强度高、具有柔韧性、能包裹复杂外形的构件，成本经济，具有较高的实用价值。该项加固新技术如能逐步推广，并展现其*性能将是加固技术域的一次重大变革。

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