1、碳纤维加固施工方法碳纤维修复、 补强混凝土结构施工工法 近年来， 结构修复、 补强技术广泛应用于桥梁、 隧道以及工业民用建筑中的钢筋砼梁、 板、 柱及剪力墙结构。 特别是采用碳纤维修复补强技术时更获得具大成功， 其产品性能优异， 操作简单， 安全可靠， 与传统方法相比较， 有更大的经济效益、 社会效益和环境效益。 某工程框架柱的加固补强， 采用该项技术， 取得了 良好效果。一 特点 1 碳纤维片材轻质高强: 其抗拉强度比普通钢材高 810 倍， 将它用粘结树脂与结构粘贴后形成一体， 能可靠地与钢筋混凝土共同工作，有优异的补强效果， 而结构自重的增加几乎可以忽略。 2 抗腐蚀: 碳纤维能有效地防
2、护构件的混凝土和钢筋免职受酸、碱、盐、 水等介质的腐蚀。 3 耐老化: 碳纤维与胶结构本身及经其补强的构件可以长期承受紫外线、 核幅射; 长期在-5480下使用， 强度不会降低; 经加速暴露老化试验验证可历时 40 年性能不变; 且在表面涂装后， 耐用性更加突出。4 保持结构原状， 外形美观: 碳纤维片材便于随构件原形贴附，基本不改变构件断面尺寸， 贴片后表面可以涂刷、 粘贴饰面材料、防火材料。 5 施工简便、 快捷: 采用传统的加固补强方法， 如包混凝土法、 粘钢法， 均需进行大量剔凿、 植筋、 焊接、 浇混凝土作业，碳纤维片材施 工却不需要。 因此， 它对施工空间要求很低， 便于狭窄空间作
3、业， 施工快捷， 对生产、 使用的干扰很小。 二 工艺原理 碳纤维片材是用抗拉强度极高的碳纤维丝“拉拔” 成型， 单向排列， 并经环氧树脂预浸而成的结构增强复合材料。将它用粘结树脂作为粘结剂， 沿受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在受损构件表面， 粘结剂作为它们之间的剪力连接媒介， 形成新的复合体。 使增强贴片与原有钢筋共同受力， 增大了结构抗拉或抗剪能力， 能有效地提高强度、 刚度、抗裂性和延性。 整个工艺的关键在于碳纤维片材粘结的紧密、 牢固，保证与原结构形成整体， 能够共同工作。三 适用范围 碳纤维片材修复、 补强、 加固适用于隧道、 桥梁及各类工业民用建筑 中钢筋混凝土梁、 板、 柱、 剪力
4、墙结构、 涵洞、 衬砌、 钢筋混凝土烟囱、 筒仓、 水池、 罐体等， 由于设计、 施工、 使用、 老化或某种浸蚀、灾害造成的损坏， 以及因超载所致的承载力不足。 四 主要材料 1 碳纤维片材的规格及性能(表略)。 2 底层涂料的规格及性能(表略)。 3. 环氧腻子的规格及性能(表略)。4 浸渍树脂的规格及性能(表略)。五 主要工、 机具 1 画线工具: 墨斗、 卷尺、 水平议、 铅锤;2 切削工具: 角向砂轮、 锤子、 凿子、 钻、 錾子; 3 碳纤维片切割工具: 卷尺、 钢直尺、 壁纸刀;4 调和涂刷工具: 台秤、 搅拌容器、 橡胶抹子、 滚筒刷子、 油漆刷、搅拌器、托灰板; 5 工具: 罗
5、拉(专用工具) 、 橡胶刮板、 塑料刮板; 6 安全用具: 安全帽、 安全带、 防护眼镜、 橡胶手套、 口罩;7 施工管理用器具: R 量尺、 温湿度计;8 其它: 空压机、 通风设备、 养护复合材料、 棉纱。 六 施工工艺 1. 工艺流程 构件表面处理 基层处理 涂底层涂料 用环氧腻子缺陷修补 贴碳纤维 养护 涂装 图 1工艺流程图 2. 操作要点 2. 1 混凝土基底处理 2. 1. 1 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。 2. 1. 2 检查外露钢筋是否锈蚀, 如有锈蚀, 进行必要处理。 2. 1 对经过剔凿、 清理和露筋的构件残缺部分, 进行修补、 复原。2.
6、1. 4 裂缝修补: 缝宽小于 0. 20mm 的裂缝, 用环氧树脂进行表面涂抹封闭; 大于 0. 20mm 的裂缝用环氧树脂灌缝。2. 1. 5 将构件表面凸出部分(混凝土构件交接部位、模板的段差) 打磨 平整， 修复后的段差要尽量平顺。 2. 1. 6 棱角部位, 用磨光机磨圆角, 圆角半径30mm。 2. 1. 7 对清洗过的混凝土构件进行围挡, 并让其充分干燥。 2. 2 刷底层涂料 2. 2. 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，用搅拌器搅拌均匀, 一次调和量应以要使用时间内用完为准。2. 2. 2 在底层涂料中严禁加溶剂, 含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不
7、得使用。 2. 2. 3 用滚筒刷均匀地涂抹底层涂料。2. 2. 4 涂料指触时间因气温不同, 一般在 3h 到 24h 之间变化。2. 2. 5 底层涂料固化后, 在表面上有凸起部分时, 要用砂纸磨光。2. 2. 6 根据施工部位的温度、 湿度选择适当的底层涂料, 在气温底于 5, 相对湿度 RH85%, 混凝土表面含水率8%, 有结露可能而无有效措施时, 不得施工。 2. 3 构件表面的残缺修补2. 3. 1 构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平, 修复至表面平整。2. 3. 2 接槎部位要用环氧腻子填补, 使之平顺。 在残缺修补中使用环氧树脂时, 要在气温 5以上, 相对湿度 RH85%时不
8、得施工。2. 4. 2 碳纤维应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸进行切断, 每段长度一般不超过 6m 为宜, 若要使用更长的片材时, 除精心防止弯折外, 对脱泡、 渗浸过程必须加倍谨慎操作。 为防止片材在保管过程中损坏, 片材的裁切数量应按当天的使用量为准。2. 4. 3 碳纤维的纵向接头必须搭接 10cm 以上, 且该部位应多涂粘结树脂, 碳纤维横向不需要搭接。 2. 4. 4 粘结树脂的主剂与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和完为准。2. 4. 5 贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂 , 称为下涂, 下涂的涂量标准如下: 200g/m2 的
9、碳纤维片, 400500g/m2 300g/m2 的碳纤维片, 500600g/m22. 4. 6 贴片时, 在碳纤维片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片上滚压多次, 使树脂渗浸入碳纤维中。2. 4. 7 碳纤维片施工 30min 后, 用滚筒刷均匀涂抹粘结树脂 , 称为上涂, 上涂涂量标准如下: 200g/m2 的碳纤维片, 200100g/m2 300g/m2 的碳纤维片, 300200g/m2 2. 4. 8 进行空鼓检查, 并进行处理。2. 4. 9 如需粘贴多层碳纤维, 重复以上步骤。2. 4. 10. 如碳纤维片施工不符合质量标准, 则需进行相
10、应处理。 其中 空鼓处理方法如下 : 注入粘结树脂法 : 在大纤维片上打开两个以上的小孔, 使用注射器注入粘结树脂(或低粘度型树脂) 。 割刀切入填充树脂补修法: 沿纤维方向切入 23 刀, 用橡胶刮板、 毛刷沾上适量树脂， 填进割开的缝内。 补丁修补法: 当贴片完全固化后， 且无法用割刀切开或注入树脂时;或出现褶皱和松弛时， 应采用此方法割去不良部分， 重新粘贴碳纤维片。 2. 5 养护 2. 5. 1 粘贴碳纤维片后 , 需自然养护 24h 达到初期固化, 应保证固化期间不受干扰。 2. 5. 2 在每道工序以后树脂固化之之前, 宜用塑料薄膜等遮挡以防止风沙或雨水侵袭。 2. 5. 3 当
11、树脂固化期间存在气温降低到 5以下的可能时, 可采用低温固化树脂, 或采取有效的升温措施。2. 5. 4 碳纤维片材粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间: 平均气温在 10以下时, 需 2 周; 平均气温在 1020之间, 需 12 周; 平均气温在 20以上时, 需 1 周; 在此之间应防止贴片受到硬性冲击。2. 6 涂装 2. 6. 1 若加固补强构件需要防火时, 可在树脂固化后按业主要求涂刷 耐火涂层。 2. 6. 2 对加固补强构件有外观要求时, 可在补强后涂刷所需色彩和质量的涂层。 2. 6. 3 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。 2. 6. 4
12、对新材料新工艺的涂装, 事前要做好充分研究, 必要时应进行试验, 确认后方可正式使用。 七 施工管理与劳动组织1 施工管理1. 1 项目管理: 负责根据加固补强 设计文件制定施工组织设计, 按计划负责人力、 材料、 机具和资金等准备， 组织施工并对工程质量、 进度、 安全、 物资供应、 生活安排、工程的交工验收及结算全面负责。 1. 2 技术管理: 负责为加固补强设计和技术组织措施的实现, 做好技术交底、 贯彻施工规程与质量标准等工作， 为工序检查和隐蔽工程验收确认把关， 处理施工中发生的变更和其他技术问题。1. 3 作业管理: 按操作工序划分作业组, 分别负责加固补强的构件打磨、 涂刷树脂、
13、 缺陷修补、 裂缝封闭、 贴片、 养护等操作过程。 八 质量要求 1 所有进场材料， 包括碳纤维片材和胶结材料， 符合质量标准， 并具有出厂产品合格证， 符合本工程加固补强设计要求， 适合现场温度、湿度条件的材料。2 碳纤维片粘贴的质量检查标准: 2. 1 下涂与上涂渗入碳纤维束良好。 对裂缝必须处理: 缝宽0. 20mm 用环氧树脂灌缝。 2. 2 碳纤维片材粘结密实。 2. 3 对于直径在 1030mm 以下的空鼓, 每平方米少于 10 个为合格;若每平方米在 10 个以上, 则认为不合格, 需进行修补; 对于直径在 30mm 以下的空鼓, 只要出现即认为不合格, 需要进行修补。2. 4 顺纤维方向搭接长度不小于 10cm。 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。 2. 5 碳纤维片材规格、 贴片位置、 长度、 宽度、 纤维方向、 层数符合设计规定。3 养护严格遵守自然养护的时间要求。 4 涂装符合合同规定或业主要求及相应的施工验收规定。 九 工程实例和效果 北京金融街某工程， 建筑面积 11. 6 万 m2， 由于设计变更， 加层 4 层，使得局部框架受力不能满足设计要求， 因此，对其中 8 根直径为 12001300mm 柱子， 采用碳纤维片材进行补强加固处理， 很好地满足了设计要求， 并效地保证了工期和施工质量。
