碳纤维加固施工工艺

碳纤维布结构加固改造修复混凝土技术是一项目前在国际上正在普遍应用的技术，能广泛应用于各种建筑物结构加固上，同传统的加固的方法相比有很多优点。

    粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力，由此而达对建筑筑物进行加固、补强的目的。 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。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。中国革命历史博物馆（以下简称“革历博”）就是属于后两种情况，进行综合比较后选择了碳纤维粘贴抗震加固的方式。下面结合“革历博”具体工程实例谈一谈碳纤维加固混凝土结构的施工工艺。

 

二．碳纤维片加固简介

（1）特点

①高抗拉强度、高弹性模量，效果好。

②施工方便，无需任何夹具、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加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；

④不增加结构自重。

 

 

（2）自重轻，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适应范围广；

（3）施工简便(不需大型施工机械及周转材料)，易于操作，经济性好；

（4）施工工期短；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。 

碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C1 5即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。 

 

 

三. 施工工艺

（一）施工准备   

l、主要材料的准备： 碳纤维布及其配套用胶的进场报验。   

2、辅助工具及材料的准备： 专用滚筒、刮板，磨光机，剪刀、凿子、榔头、台秤，灰刀，二甲苯、毛刷。   

3、搭设脚手架： 按安全规程要求搭设脚手架，高度以方便施工为前提

 

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。

3.1 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，最大裂缝达到 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。

 

3.2 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。

 

3.3 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。

 

3.4 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（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）最后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀、周边整齐。

 

3.5 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环氧树脂的允许使用温度。

（2）养护期一般在1~2周内。

（3）对于有风吹、雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护。

 

3.6 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。

 

 

 

五、安全措施： 

l 、操作人员必须经过专业培训，懂得操作工序。 

2、操作人员必须根据工作环境佩带防护用品，如安全帽、安全带、绝缘手套、绝缘鞋、风镜口罩等，并集中精力操作。 

3、操作脚手架应牢固可靠，周围应有防护栏杆，在没有绝对可靠的防护措施下不得立体交叉作业。    ’ 

4、电器设备及架设应符合安全用电规定，应有接零或接地触电保护装置，严禁零线与相线搞混，避免相线与结构钢筋连接造成触电事故。 

5、结构胶、二甲苯等物应稳妥保管，并用防火、防爆措施，容器清洗后残余物不得随意倾倒，应按指定点集中处理。 

6、操作环境应通风，有足够的照明度。

 

 

六．材料

此次“革历博”加固工程，北京特希达公司所采用的是日本三菱化学公司的碳纤维片及其专用树脂，其主要材料种类和性能见表1~4。

 

表1：碳纤维片的种类和性能

 

 

 

 

 

 

表2：底层涂料的种类和性能

 

 

表3：修补用环氧腻子种类和性能

 

 

表4：粘贴用环氧树脂种类和性能

 

 

 七.劳动力及机工具安排

每一施工班组以3~4人为宜，每人每工日完成工程量在10m2左右。每一班组准备的主要机、工具为角磨机4台，吹风机1台，台称1台，滚筒刷6把，罗拉2把，灌胶工具一套。

 

八.质量验收

目前，国内尚无国家认可的强制性验收标准，碳纤维加固工程检查验收均以企业标准为依据，北京特希达科技有限公司的企业标准已经过长时间、多种类工程检验，目前比较全面、成熟。

（1）原材料必须有生产厂家的出厂检验合格证，进口材料要有商检证。工程量比较大时应进行原材料试验。

（2）每一工序按工艺要求进行，属于隐蔽工程的要有隐检纪录。

（3）用小锤轻击，检查空鼓，无空鼓或只有少量小空鼓（<3cm）便视为合格；对于较大的空鼓（≥3cm）或较多的小空鼓应进行灌胶（注入TR树脂）处理。

（4）保证气温在5℃~35℃之间，相对湿度不大于85 %的环境下施工。

 

九．工程实例简介

由于施工时在距搂面7m左右高的吊顶内进行，障碍物较多，施工操作较困难，此建筑是在建国初期施工建成的，当时施工技术较落后，因此混凝土表面平整度较差，进行基底打磨时难度较大，尤其在对“U”形环包的底部转角处进行倒角处理时，更花费了许多精力。

本工程施工完成后，无论是施工质量，还是确保工期和后期服务工作，均受到业主、监理单位、设计单位的好评，经验收确认效果良好，达到预期加固目的。

用碳纤维片修复补强混凝土结构与传统的加固方法相比，具有巨大的优越性，有良好的技术经济效益、社会效益和环境效益。

9.1   技术经济效益

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