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摘要：中国建筑市场巨大,大量的建筑物如房屋等混凝土结构占有非常的大的比重,在施工中不可避免会出现质量问题,如果混凝土結构出现问题就拆除的话,损失是巨大的,而采用成本较低的加固材料进行混凝土部分结构的加固,就能使整个建筑物的寿命得以延长。下面现就建筑工程中采用碳纤维布加固方法进行了探讨。仅供参考。
关键词：建筑工程碳纤维布加固
一、碳纤维材料的特点
用碳纤维复合的工程材料优于金属材料,其抗拉强度高于钢材3～4倍;刚度高于2～3倍;耐疲劳性高于2倍;重量比钢材轻3～4倍;热膨胀系数小4～5倍。它的出现使碳纤维复合材料具有更广阔的发展和应用前景。
目前碳纤维的生产原料有三大体系:聚丙稀腈纤维、沥青纤维和黏胶纤维。沥青基碳纤维是一种高科技含量,高附加值的新型多用途材料,根据碳纤维的机械强度,一般分为通用级碳纤维和高性能碳纤维。通用级碳纤维的抗拉强度约为70～140kg/mm2,弹性模量3～10t/mm2。高性能碳纤维的抗拉强度约为200～350kg/mm2,弹性模量10～40t/mm2。
碳纤维加固混凝土结构所用材料主要有两种,即为碳纤维材料与粘贴用树脂。碳纤维材料主要为通用级基碳纤维,特殊情况下采用高性能碳纤维。原则是该纤维具有优异的力学性能、良好的黏合性、耐热性及抗腐性,并能满足工程强度需要。
粘贴用树脂为环氧类材料,主要作用是提高粘贴质量,使其与混凝土结构共同承受外部荷载。在施工中应先在底层涂一层基底树脂,浸透进混凝土表面,使粘贴后的碳纤维材料与混凝土结构形成一个整体。
二、采用碳纤维布加固的优点
（1)施工周期短,碳纤维复合材料加固混凝土结构不需要大型机具、设备,在保证施工质量和无意外干扰的前提下,同样条件下所需时间不足目前国内大量应用的粘钢板方法所需时间的1/2。根据有关统计资料,同为粘贴加固工法,粘贴碳纤维片材是粘贴钢板施工工效的4倍～8倍。
（2)具有极佳的耐腐蚀性能,适用于地下结构、给排水结构、海工结构、化工车间等易锈蚀工程的加固,无论是结构类型、结构形状有何差别,它都能顺利地解决加固问题,而其他加固手段却是很难实现的。
（3)施工质量易保证,即使被加固结构的表面不是非常平整,粘结碳纤维加固也可以保证近100%的粘贴率,且现场检测方便,即使有小的空鼓,也可以用针管注胶法补救。由于碳纤维自身优异的物理力学性能,在加固混凝土结构中利用其高强度、高弹性模量的特点提高了混凝土的承载力等。
（4)施工干扰小,在较小的空间中即可实施碳纤维片材加固结构的施工,除了混凝土表面处理时的灰尘需要控制以外,对一般结构物的正常使用几乎无任何干扰。在对桥梁、道路进行碳纤维片材加固施工时,可以不中断交通。
（5)不增加结构自重,因碳纤维片材轻薄,粘贴后几乎不增加结构重量。
三、构造做法
为了加强梁(柱)碳纤维布锚固及增加抗剪能力,一般在梁(柱)端每侧粘贴160mm宽U(口)型箍1道,在主次梁相交处每侧粘贴160mm宽U型箍1道。
U型箍的粘贴高度宜取构件截面高度,对于U型粘贴形式,宜在上端粘贴纵向碳纤维片材压条,口型箍全截面封闭粘贴。
考虑到碳纤维布多层粘贴时受施工现场影响的因素较大,建议受弯构件粘贴碳纤维布的层数不应超过3层。
四、施工工艺
（1)基底处理。a.混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。b.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,构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,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥20mm)。c.风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。
（2)涂底胶。a.按主剂:固化剂=3:1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中,用台秤计量,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,一般情况下20min～50min内用完。b.将底胶均匀涂刷于混凝土表面,待胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为6h～24h。
（3)找平。a.混凝土表面凹陷部位应用修补剂填平,模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补,尽量减小高度差。b.转角处应用修补剂修补成光滑圆弧,半径不小于20mm。待修补剂表面干燥后方可进行下一步工序。
（4)粘贴。a.按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。b.调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同),然后均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象,特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。c.粘贴碳纤维布,在确定所粘贴部位无误后,用特制工具反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘结胶充分浸透碳纤维布;并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。多层粘贴应重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。d.在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压,并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。e.碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm。
（5)保护。加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。
（6)质量要求。a.每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查,并做好相关的验收记录,如出现质量问题,立即返工。b.施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象,应采用针管注粘结胶的方法进行补救。粘结面积若少于90%,则判定粘结无效,需重新施工。c.严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5℃～35℃范围内,相对湿度不大于70%。
五、结语
总之，碳纤维片材加固混凝土结构的施工周期短、效率高,材料由人工在现场加工;没有大中型设备的损耗;检测方便、快捷,在较小的空间即可进行施工,基本不影响结构的正常使用;施工便捷、工期短,对各种结构构件的外形大都可以使用该方法加固;由于材料自重较轻,加固后基本不增加结构自重,不改变结构外观尺寸和形状。与其他加固方法相比,节省了大量的机械台班费、人工费和检测费。运用该技术施工时对环境的干扰影响很小,符合现代工程建设对施工技术的要求,有利于环境保护。从长远来看,该技术将在结构加固领域占据主导地位。
关键词：建筑工程碳纤维布加固
一、碳纤维材料的特点
用碳纤维复合的工程材料优于金属材料,其抗拉强度高于钢材3～4倍;刚度高于2～3倍;耐疲劳性高于2倍;重量比钢材轻3～4倍;热膨胀系数小4～5倍。它的出现使碳纤维复合材料具有更广阔的发展和应用前景。
目前碳纤维的生产原料有三大体系:聚丙稀腈纤维、沥青纤维和黏胶纤维。沥青基碳纤维是一种高科技含量,高附加值的新型多用途材料,根据碳纤维的机械强度,一般分为通用级碳纤维和高性能碳纤维。通用级碳纤维的抗拉强度约为70～140kg/mm2,弹性模量3～10t/mm2。高性能碳纤维的抗拉强度约为200～350kg/mm2,弹性模量10～40t/mm2。
碳纤维加固混凝土结构所用材料主要有两种,即为碳纤维材料与粘贴用树脂。碳纤维材料主要为通用级基碳纤维,特殊情况下采用高性能碳纤维。原则是该纤维具有优异的力学性能、良好的黏合性、耐热性及抗腐性,并能满足工程强度需要。
粘贴用树脂为环氧类材料,主要作用是提高粘贴质量,使其与混凝土结构共同承受外部荷载。在施工中应先在底层涂一层基底树脂,浸透进混凝土表面,使粘贴后的碳纤维材料与混凝土结构形成一个整体。
二、采用碳纤维布加固的优点
（1)施工周期短,碳纤维复合材料加固混凝土结构不需要大型机具、设备,在保证施工质量和无意外干扰的前提下,同样条件下所需时间不足目前国内大量应用的粘钢板方法所需时间的1/2。根据有关统计资料,同为粘贴加固工法,粘贴碳纤维片材是粘贴钢板施工工效的4倍～8倍。
（2)具有极佳的耐腐蚀性能,适用于地下结构、给排水结构、海工结构、化工车间等易锈蚀工程的加固,无论是结构类型、结构形状有何差别,它都能顺利地解决加固问题,而其他加固手段却是很难实现的。
（3)施工质量易保证,即使被加固结构的表面不是非常平整,粘结碳纤维加固也可以保证近100%的粘贴率,且现场检测方便,即使有小的空鼓,也可以用针管注胶法补救。由于碳纤维自身优异的物理力学性能,在加固混凝土结构中利用其高强度、高弹性模量的特点提高了混凝土的承载力等。
（4)施工干扰小,在较小的空间中即可实施碳纤维片材加固结构的施工,除了混凝土表面处理时的灰尘需要控制以外,对一般结构物的正常使用几乎无任何干扰。在对桥梁、道路进行碳纤维片材加固施工时,可以不中断交通。
（5)不增加结构自重,因碳纤维片材轻薄,粘贴后几乎不增加结构重量。
三、构造做法
为了加强梁(柱)碳纤维布锚固及增加抗剪能力,一般在梁(柱)端每侧粘贴160mm宽U(口)型箍1道,在主次梁相交处每侧粘贴160mm宽U型箍1道。
U型箍的粘贴高度宜取构件截面高度,对于U型粘贴形式,宜在上端粘贴纵向碳纤维片材压条,口型箍全截面封闭粘贴。
考虑到碳纤维布多层粘贴时受施工现场影响的因素较大,建议受弯构件粘贴碳纤维布的层数不应超过3层。
四、施工工艺
（1)基底处理。a.混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。b.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,构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,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥20mm)。c.风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。
（2)涂底胶。a.按主剂:固化剂=3:1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中,用台秤计量,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,一般情况下20min～50min内用完。b.将底胶均匀涂刷于混凝土表面,待胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为6h～24h。
（3)找平。a.混凝土表面凹陷部位应用修补剂填平,模板接头等出现高度差的部位应用修补剂填补,尽量减小高度差。b.转角处应用修补剂修补成光滑圆弧,半径不小于20mm。待修补剂表面干燥后方可进行下一步工序。
（4)粘贴。a.按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。b.调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同),然后均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象,特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。c.粘贴碳纤维布,在确定所粘贴部位无误后,用特制工具反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘结胶充分浸透碳纤维布;并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。多层粘贴应重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。d.在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘结胶。用工具反复沿纤维方向滚压,并用刮板刮涂碳纤维布表面粘结胶,使之均匀。e.碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm。
（5)保护。加固后的碳纤维布表面采用抹灰或喷防火涂料进行保护。
（6)质量要求。a.每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查,并做好相关的验收记录,如出现质量问题,立即返工。b.施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象,应采用针管注粘结胶的方法进行补救。粘结面积若少于90%,则判定粘结无效,需重新施工。c.严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5℃～35℃范围内,相对湿度不大于70%。
五、结语
总之，碳纤维片材加固混凝土结构的施工周期短、效率高,材料由人工在现场加工;没有大中型设备的损耗;检测方便、快捷,在较小的空间即可进行施工,基本不影响结构的正常使用;施工便捷、工期短,对各种结构构件的外形大都可以使用该方法加固;由于材料自重较轻,加固后基本不增加结构自重,不改变结构外观尺寸和形状。与其他加固方法相比,节省了大量的机械台班费、人工费和检测费。运用该技术施工时对环境的干扰影响很小,符合现代工程建设对施工技术的要求,有利于环境保护。从长远来看,该技术将在结构加固领域占据主导地位。