碳纤维加固-安徽碳纤维加固

上海毅实建设集团有限公司

遂宁碳纤维加固【电话*申经理】碳纤维复合材料具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性和耐久性好等优点，碳纤维片加固补强混凝土结构的应用研究始于20世纪80年代美国、日本等发达国家，进入20世纪90年代中后期我国的许多科研机构和企业也相继进行了这方面的试验研究。

碳纤维(CFRG)加固修复混凝土结构技术是一项新型、高效的结构加固补强技术,比传统的结构加固方法优越.它利用树脂类胶结材料将碳纤维物(布)粘贴于混凝土表面,达到对结构构件补强加固及改善结构受力状况的目的.碳纤维材料高强高效,重量轻,厚度薄,适用面广,施工便捷,施工质量易保证,有良好的耐久性和抗腐蚀性.

目前，在我国的北京、上海、天津、江苏、福建等许多地区的桥梁和工民建工程中得到了广泛的应用。其中有些是由于意外事故而导致结构或构件的承载能力而需补强加固的；有些是由于混凝土强度或配筋不足而需补强加固的；有些是由于结构或构件达到或接近使用年限而需加固的；还有部分建筑是未进行抗震设防的，满足不了《建筑抗震鉴定标准》GB50023-95要求，需进行抗震加固。

一、碳纤维片加固特点

1、高抗拉强度、高弹性模量。

2、施工方便，*任何夹具、模板，能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸，可多层粘贴，并能有效地封闭混凝土的裂缝；

3、耐腐蚀及耐久性能好。

4、不增加结构自重。

适用范围：适用于各种形式的钢筋混凝土结构或构件的加固补强。

加固机理：利用**环氧树脂将抗拉强度较高的碳纤维片粘贴于混凝土结构表面，并与之形成整体，共同工作。

二、碳纤维加固结构施工特点

碳纤维加固结构技术是利用碳纤维材料的特性，将碳纤维粘贴在结构表面，从而起到对结构的加强作用。 在实际施工过程中，碳纤维既可以单层粘贴也可以多层粘贴，还可以缠绕.对于各种不同类型的节点、不规则的部位，都可用碳纤维进行加固处理。 在桥梁加固运用中，可粘贴在混凝土梁的**面或底板上，用以提高梁的挠曲强度和刚度；也可粘贴在梁的腹板上，用以提高其抗剪强度；还可以将碳纤维缠绕在节点部位以满足抗震设计的要求，具有高强高效、施工便捷、周期短等特点。在碳纤维结构技术应用中，影响加固质量的因素主要有两方面，一是碳纤维材料的抗拉强度，二是粘贴碳纤维材料用粘结剂的剪切强度。 碳纤维和混凝土的粘结质量直接影响加固效果。 加固后，碳纤维与混凝土之间不能有气泡，不能起鼓。 另外，碳纤维布是一种可任意曲折的纤维布材料，施工不受加固长度的影响，适应面广。以上优点将使碳纤维加固结构技术在国内未来的加固行业中起着越来越重要的作用。

加固施工工艺流程如下:基层处理→涂刷结构胶→粘贴碳纤维→检查与修补。

三、 施工工艺及施工方法

在碳纤维加固施工前，应尽可能地卸去部分荷载，使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷载作用减小到小程度。其加固施工工序为：混凝土基底处理→涂底层涂料→用环氧腻子进行残缺修补→贴碳纤维片→养护→涂装→完工验收。

1、混凝土基底处理

（1）裂缝处理。宽度小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂抹封闭；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。“革历博”抗震加固的大梁大部分都有宽度不一的裂缝，大裂缝达到 1mm以上，为此我们对所加固的主梁首先进行了压力灌胶处理。

（2）将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，达到结构密实部位，使其表面平整。

（3）检查外露钢筋是否锈蚀。如有锈蚀，需进行必要处理。

（4）对经剔凿、清除和露筋的构件残缺部分，用环氧砂浆进行修补、复原，达到表面平整。

（5）将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的段差等）打磨平整，修复后的段差要尽量平顺；棱角的部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径须≥30mm。

（6）结构或构件表面打磨后，用吹风机将表面灰尘和杂物清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分干燥。“革历博”工程施工中我们使用吹风机将灰尘清理后又用酒精进行清洗。

2、 涂底层涂料

（1）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间内用完。

（2）用滚筒刷均匀地将底层涂料涂刷于混凝土表面，指触干燥后（一般养护3～24小时）才能进行下一道工序的施工。

（3） 底层涂料指触干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般类似结露的露珠一样）要用砂布或角磨机磨平。

3、用环氧腻子进行残缺修补

（1）构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，并修复至表面平整、顺滑。

（2）内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补，使之平顺。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、 粘贴碳纤维片

（1）树脂的主剂和固化剂应按规定的比列称量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完。

（2）纤维顺长方向片材的接头必须搭接10cm以上。该部位应多涂树脂，脱泡、树脂操作按正常进行。在片材宽度方向不需要搭接。

（3）贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用环氧树脂，称为下涂。贴片时，在纤维片和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉（**工具）沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使树脂渗浸进纤维中。

（4）纤维片施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂，称为上涂。如需多层粘贴则重复3.4.1～3.4.4步骤，并保证底层粘贴的碳纤维片上涂已指触干燥，才能粘贴下一层。

（5）后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀、周边整齐。

5、养护

（1） 碳纤维片施工后，应进行养护，保证养护期间的温度不低于**粘结剂的允许使用温度。

（2）养护期一般在1～2周内。

（3）对施工部位应进行遮挡封闭养护，防止风吹、雨淋或有可能人为扰动造成损坏。

6、 表面涂装

对于有外观装饰要求的结构或构件，可在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或喷沙抹灰后涂刷常规涂料。

四、 施工主意事项

（1）气温在5℃以下、相对湿度RH>85 %、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工。

（2）由于碳纤维片为电的良导体，应使其远离电源。

（3） 施工用各种树脂远离明火，并避免阳光直射。

（4）施工及检查人员应穿防护工作服，配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。

（5）施工现场通风状况良好。

（6）当树脂粘附在皮肤上时，应立即用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗或及时就医。

（7）施工过程中要注意严格按照设计方案中的位置进行粘贴碳纤维，如有偏差应根据实际情况画图留底备查，并注意告知后续施工人员在装修过程中注意保护，严禁钻孔、打钉等可能损坏碳纤维的作业。

我国对碳纤维材料的研究虽然起步较晚，但进展很快。由于碳纤维具有良好的力学性能，高强高效、材质薄、重量轻、施工简便、耐久耐腐蚀性好等优点，是加固混凝土结构的一种好方法，可以提高加固工程的经济效益和社会效益，值得大力推广，具有广阔的应用前景。

呼和浩特碳纤维加固【电话*申工】钦北铁路修建于上个世纪90年代，北起广西钦州市，南至北海市，是西南地区货物进出口的便捷通道之一，由广西沿海铁路股份有限公司钦州工务段负责保养和维修。在日常养护工作中，我们发现该条线路经过常年运营使用，有89座涵洞的盖板出现了混凝土离析、开裂、风化露筋、钢筋锈蚀等严重病害，涵洞盖板的承载力下降。随着近年来钦北线列车轴重增大及速度的提高，该病害严重地影响到列车的行车安全，急需对发生病害的涵洞盖板进行加固处理。

1 病害产生原因

产生此类病害的原因是多方面的，主要有以下几点：

（1）在涵洞建设施工时，存在质量问题，盖板钢筋保护层厚度不够，混凝土震捣不密实，经常年使用，表层混凝土容易风化脱落，形成露筋；

（2）盖板防水层开裂失效，雨水不断渗入与盖板混凝土的主要成分硅酸钙发生水化反应，形成游离钙、硅酸和氢氧根，在毛细压作用下混凝土中的盐份被水带出淤积于混凝土表面，进一步与空气中的二氧化碳发生反应，在混凝土表面结晶形成白色硬块，。在这个过程中，如果结构存在裂缝，就会引起钢筋的锈胀，出现钢筋锈蚀的情况；

（3）钦北线处于沿海地带，空气中和雨水中都含有一定的氯盐成分，盐水渗入到盖板混凝土的缝隙里，引起碱骨

料反应发生盐腐蚀，加速了混凝土的离析。

2 施工方案的比较选择

对该病害的处理方法，我们提出了两种施工方案：

（1）在以往对钢筋混凝土结构的加固工程中经常采用的施工方法，凿除并清洗干净原有盖板混凝土表面的劣化层后，附着施工增加一定厚度的钢筋混凝土保护层或喷射钢纤维混凝土和外包钢板，从而达到加固的目的。但由于许多涵洞孔径较小，机械设备在窄小的空间内难以展开，如果采用该方法进行加固涵洞盖板工程，施工难度较大，施工人员、设备较多，预计工期需要10个月，并且新旧混凝土界面的粘结强度不高，真实的受力状况很难与设计预想相符。

（2）参考国内外使用碳纤维加固桥梁的成功经验，使用碳纤维加固技术对涵洞盖板进行加固。

①碳纤维加固技术的发展：碳纤维又称增强复合材料，用于混凝土结构的加固始于七八十年代的美国、日本。日本阪神大地震及中国台湾“9.11”地震后，碳纤维加固技术被广泛用于震后建筑重建和补强，这些都促进了碳纤维在加固补强工程中的应用。我国在这方面起步较晚，但发展势头迅猛，进展飞快，已经有了许多桥梁加固成功的实例。如南京机场路高架桥空心板补强修复、卢沟新桥的补强修复工程等等。

②碳纤维加固技术的工作原理、特点及优越性：碳纤维增强复合材料加固修补混凝土结构技术，是利用专门配制的粘结剂将碳纤维片粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，使混凝土与碳纤维片形成一体，共同工作的加固修补方式。碳纤维复合材料具有优越的力学性能，其抗拉强度是普通Ⅱ级钢筋抗拉强度的10倍以上，弹模也与钢材相当；碳纤维材料不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性，适合于沿海地区空气湿度大、盐碱含量较高的特点；碳纤维的单位体积重量仅为钢材的l／4左右，制成板状后，其厚度仅为1.4mm左右，几乎不增加结构自重和改变截面外形。由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意裁剪，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，且不改变结构形状及不影响结构外观，很适合于加固涵洞盖板这类施工面较小的工程；施工简便、工序简单，由于其自重较轻，可用小型电动工具操作，操作空间要求较宽松。不像传统补强方法需要众多工种、大量劳力及大型施工设备，可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施。

通过对两种施工方案各自特点的研究比较，我们段技术人员认为二种方案更加适合本次涵洞盖板加固工程。

3 施工过程

本次涵洞盖板加固工程的施工日期安排在雨季后9～12月施工，以减少雨水对工程的影响。其施工工序为施工准备―混凝土表面处理―配置―涂刷底胶―配置找平胶并找平面层―粘贴碳纤维片材―保护。

3.1 施工准备

认真阅读设计图纸，根据实际情况拟定施工计划，备齐施工所需的各种材料及机具。

3.2 混凝土表面处理

清除涵洞盖板底面剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对于较大面积的劣质层在凿除后用环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，将混凝土面层打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥20mm)。用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。

3.3 配置、涂刷底胶

按主剂:固化剂=2:1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后再进行下一工序施工。一般固化时间为2～3d。

3.4 配置找平胶（FE胶）并找平面层

混凝土盖板表面凹陷部位用FE胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用FE胶填补，转角处用FE胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。

3.5 粘贴碳纤维片材

按尺寸裁剪碳纤维布，调配、搅拌粘贴碳纤维材料的加固**胶（FR胶），搅拌至色泽均匀，然后用滚筒刷均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸，将碳纤维布拉紧展平并铺在涂有FR胶基面上，用特制滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使FR胶充分浸透碳纤维。碳纤维沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，碳纤维端部固定用横向碳纤维固定。多层粘贴重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥进行下一层的粘贴。在后一层碳纤维的表面均匀涂抹FR胶，其厚度为1～2 mm。

3.6 保护

在加固后的碳纤维表面喷防火涂料进行保护。

4 整治效果

本次涵洞盖板加固工程经过4个月的紧张施工于2004年底完成，由于施工工艺简单，施工周期短，较原施工方案节省了大量的人力、物力，工期也缩短了6个月，施工中对线路未造成影响，保证了列车的正常运行。经过这两年多的观测，已加固的涵洞盖板未产生风化、变形及开裂等病害，碳纤维布与混凝土盖板粘结良好。盖板底面光滑平整，涵洞整体外观技术状态较佳。通过试验证明，加固后的涵洞盖板各项力学性能得到显着的提高，承载力提升了25％～30％，取得了预期设计的效果。