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碳纖維加固技術概述
前言
碳纖維加固工藝原理:將抗拉強度極高的碳纖維用環氧樹脂預浸成為復合增強材料（單向連續纖維）；用環氧樹脂粘結劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結構上，形成一個新的復合體，使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結構的抗裂或抗剪能力，提高結構的強度、剛度、抗裂性和延伸性。
一、概述
鋼筋混凝土結構由于設計、施工、使用以及意外災害等多種原因，會影響結構的正常使用，需要維修、加固補強。FRP（纖維復合材料）修復補強鋼筋混凝土結構是近十年來發展起來的一種結構修復補強新技術。FRP具有輕質高強、抗腐蝕、耐久性好、施工簡便、不影響結構的外觀等優異特性，因此，該項加固技術較之傳統的修復補強施工工藝具有明顯的優越性。該項技術在國際上深受重視，近些年來在日本及歐美等發達國家發展迅速，已廣泛應用于橋梁、地鐵、工業與民用建筑以及煙囪、水池、筒倉等特種結構的修復補強，成為鋼筋混凝土結構修復補強的新趨勢。
FRP從材料構成上主要有碳纖維復合材料（CFRP）、玻璃纖維復合材料（GFRP）、芳綸纖維材料（AFRP）。本工法一CFRP為例介紹FRP修復補強混凝土結構，AFRP和GFRP參照本工法。
二、工法特點
1．材料輕質高強。碳纖維片的抗拉強度比同截面鋼材高7～10倍，將它用環氧樹脂與鋼筋混凝土構件粘貼后，能可靠地與構件形成一體、共同工作，具有優異的補強效果，而結構自重的增加幾乎可以忽略。
2．抗腐蝕。能有效地防護構件的混凝土和鋼筋免受酸、堿、鹽、水等介質的腐蝕。
3．耐老化。碳纖維片與環氧樹脂膠結材料本身及經其補強的混凝土構件可以長期承受紫外線、核輻射。長期在 – 54～82℃溫度下使用，強度不會降低。經加速暴露老化試驗驗證可歷時40年性能不變。且在表面涂裝后，耐久性將更加突出。
4．高溫性能：碳纖維本身具有非常高的耐熱性，但碳纖維增強復合材料與混凝土粘貼后的耐熱性由環氧樹脂決定。因為環氧樹脂在接近80℃時發生軟化，所以碳纖維增強復合材料的耐熱溫度為80℃(80℃的強度保持率為80％，從設計強度的安全率考慮，80℃應視作使用的上限溫度)。另外，當溫度達到260℃并持續該溫度兩小時后降至室溫，碳纖維復合材料的抗拉強度不發生任何變化。
5．保持結構原狀，外形美觀。碳纖維片便于隨構件原形裁剪、貼附。修復補強不增加構件高寬尺寸及體積，且表面可以涂刷、粘貼飾面材料、防火材料。
6．施工簡便、快捷。傳統加固補強施工工藝如粘鋼、外包混凝土方法必須進行大量混凝土剔鑿、鋼筋綁扎、焊接、澆筑混凝土以及大型機械設備吊裝等作業，而碳纖維片加固補強施工卻不需要。因此它對施工空間要求很低，便于在狹窄空間作業，施工快捷，對生產、使用的干擾很小。
三、工藝原理
碳纖維片是用抗拉強度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，并經環氧樹脂膠預浸而成的碳纖維增強復合片材。以環氧樹脂作為膠結材料，將纖維片材沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損結構上，膠結材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復合體。使增強貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結構抗拉或抗剪能力，并能有效地提高結構的強度、延性及抗裂性，控制裂縫和撓度的繼續發展；必要時也可交叉粘貼單向纖維片材。整個工藝的關鍵在于碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結構形成整體，共同工作。
碳纖維片修復補強工法為滿足上述要求，需保證以下方面：
（1）材料性能必須符合設計規定。
（2）正確地掌握工藝流程，每道工序都要有利于保證碳纖維片粘貼緊密。
四、材料
碳纖維片材加固混凝土結構主要材料有碳纖維片材和碳纖維膠。
(1)碳纖維片的抗拉強度、彈性模量以及延性等性能指標須符合設計規定和產品標準。
(2)粘結劑要有足夠的粘結性能，工藝過程中各部位所使用的環氧樹脂膠結材料的種類、型號，應根據施工時的溫度、濕度進行選擇。并正確掌握主劑和固化劑的配比，使滲透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節施工的需要。
五、工藝程序
（1）施工工藝施工準備
（2）結構表面處理
（3）底膠配制并涂刷
（4）配制修補膠并對混凝土表面不平整處進行填補和找平處理
（5）配制并涂刷結構膠粘劑
（6）粘貼碳纖維片材
（7）表面噴砂防護
5.1基底處理。5.2混凝土表層出現剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大的面積的劣質層在鑿除后應用聚合物水泥砂漿進行修復。5.3對表面有裂縫的部分如有必要應首先進行封閉灌漿處理。5.4用混凝土角磨機、砂紙等工具去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥25mm）。5.5用吹風機將混凝土表面清理干凈并保持干燥。5.6涂底膠。(1)按規定的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。(2)用滾筒刷均勻涂沫于混凝土表面，等膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準），再進行下一步施工。(3)施工現場嚴禁出現明火，注意通風。(4)用整平材料找平。(5)混凝土表面凹陷部位及模板接頭出現高度差的部位要用整平材料填平，盡量減少高度差，使混凝土表面平滑，以利于粘貼碳纖維布。(6)轉角的處理也應用整平材料將其修補為光滑的圓弧，半徑不小于20mm。5.7粘貼碳纖維布(1)按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。(2)調配、攪拌粘貼樹脂，然后均勻涂抹于所要粘貼的部位，在混凝土搭接、拐角等部位要多涂抹一些。(3)粘貼碳纖維布，在確定所貼部位無誤后剝去離型紙，用特制的滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘貼樹脂充分浸透碳纖維布。(4)多層粘貼應重復上述步驟，待纖維表面指觸干燥后方可進行下一層的粘貼。(5)在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹一層粘貼樹脂。
六、 粘貼碳纖維布施工安全和注意事項
(1)碳纖維為導電材料，施工時碳纖維應遠離電氣設備和電源，或采取可靠的防護措施；
(2)施工過程中避免碳纖維彎折；
(3)碳纖維配套樹脂應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射；
(4)樹脂的配置和使用場所應保持通風良好；
(5)現場施工人員應采取相應的勞動保護措施。
七、 粘貼碳纖維布檢驗與驗收
(1)施工之前應確認碳纖維和配套樹脂類粘貼材料的產品合格證及廠方提供的檢驗報告，滿足設計要求；
(2)嚴格按照施工程序進行施工，如不滿足有關規定應立即采取補救措施，情節嚴重的要返工重做；
(3)碳纖維實際粘貼面積不應小于設計面積，位置偏差不應大于10mm；碳纖維與混凝土之間的粘結質量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法進行檢查，總有效粘貼面積不應低于95%，當碳纖維布的空鼓面積不大于10000mm2時，可采用針管注膠的方法進行修補，當碳纖維布的空鼓面積大于10000mm2時，宜將空鼓部位的碳纖維切除，重新搭接貼上等量的碳纖維，搭接長度不應小于200mm。
八、 結論
通過對碳纖維布加固施工工藝的詳細介紹可以看出，這種施工方法具有簡便、工期短、經濟等特點。更重要的是粘貼碳纖維布補強施工與包鋼法、加大截面等補強加固施工相比，在一定程度上又能極大的避免如包鋼、加大截面等方法對后期裝飾裝修施工帶來的麻煩。同為粘貼加固，粘貼碳纖維布的工效是粘貼鋼板工效的4～8倍。與其他的加固方法相比，粘貼碳纖維布加固法施工質量易于保證，可節省大量的機械臺班費、人工費和檢測費。另外，從受力上來講，經過碳纖維布加固過的砼結構，各種力學性能均能滿足設計要求。
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