上海毅实建筑加固工程有限公司
碳纤维加固美国、日本等国于20世纪80年代开始对碳纤维布加固技术进行试验研究。目前已经将此技术大量投入应用。近年来，中国在这方面的研究和应用也做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，在降低工程费用的同时也总结出了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。
粘贴碳纤维?
确认粘贴表面干燥，施工时应保证相对湿度rh＜70%；而相对湿度rh＞70%、气温<10c0、雨天或可能结雾时不得施工。?为了防止碳纤维受损，碳纤维在运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。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用量确定。?粘贴碳纤维时，应根据设计位置由上而下，由左至右有序的粘贴，并用滚筒挤压贴面，使碳纤维与碳纤维胶充分结合，同时以压板、滚筒排除气泡。?胶液的主剂和固化剂应按产品说明比例乘量准确，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。?粘贴前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用碳纤维胶。?粘贴时，在碳纤维和碳纤维胶之间尽量不要有空气。可用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使碳纤维胶渗浸进碳纤维中。?碳纤维施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用碳纤维胶。?如碳纤维施工不符合质量标准，则需进行相应处理。碳纤维与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻敲或手压碳纤维片材表面的方法进行检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补；当空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接上等质量碳纤维片材，搭接长度不小于150mm。
碳纤维加固碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当?前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。?
2.?特点?
碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，比强度高，耐、耐久性能好，有显着的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向等表现出很高的强度等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，备受青睐和关注。?
3.?碳纤维加固适用范围?
碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。?
4.?工艺原理?
将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。
?
5.?工艺流程及操作要点?
工艺流程可以归纳为：施工准备→混凝土表面处理?→配置并涂刷底胶→配置修补胶并对混凝土表面不平处进行填补和找平处理→配置并涂刷结构胶黏剂?→粘贴碳纤维片材?→表面养护→涂刷碳纤维专用胶。?
5.1?施工准备?
1）应认真阅读设计施工图。?
2）应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际状况，拟定施工技术方案和施工计划。3）应对所使用的碳纤维片材、配套胶黏剂、机具等做好施工前的准备工作。?
5.2?表面处理?
1）应清除被加固构件表面的夹渣、疏松、蜂窝、麻面、起砂、等混凝土缺陷，露出混凝土结构层，并修复平整。对较大的孔洞、凹陷、露筋等部位，在清理干净后，应采用粘结能力强的修复材料进行修补。?
2）应按设计要求对裂缝进行灌注或封闭处理。?
3）被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴出应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧曲率半径不应小于20mm。?
4）混凝土表面应清理干净并保持干燥。?
5.3?涂刷胶底?
1）应按胶黏剂生产厂家提供的工艺条件配制胶底。?
2）应采用滚筒刷将胶底均匀涂抹于混凝土表面，在胶底表面指触干燥时，立即进入下一工序的施工。?
5.4?找平处理?
1）应按生产厂家提供的工艺条件配制修补胶。?
2）应对混凝土表面凹陷部位用修补胶填补平整，不应有棱角。?
3）转角处应采用修补胶修成光滑的圆弧，其曲率不应小于20mm。?
4）?宜在修补胶表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。?
5.5?粘贴碳纤维片材?
5.5.1?应按下列步骤和要求粘贴碳纤维布：?
1）应按设计要求的尺寸剪裁碳纤维布。?
2）应按生产厂家提供的工艺条件配制结构胶黏剂，并均匀涂抹于粘贴部位。?
3）将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤出气泡，使胶液充分浸透碳纤维布；滚压时不得损伤碳纤维布。?
4）多层粘贴时应重复上述步骤。?
5）应在很后一层碳纤维布的表面均匀涂抹结构胶黏剂。?
5.5.2应按下列步骤和要求粘贴碳纤维板。?
1）应按要求的尺寸裁剪碳纤维板，并按生产厂家提供的工艺条件配制结构胶黏剂。?
2）?应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。当需粘贴两层时，底层碳纤维板的两面均应擦拭干净。?
3）擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷结构胶黏剂，胶层中央应呈拱起状，平均厚度不应小于2mm。?
4）应将涂有胶液的碳纤维板用手轻压于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使胶液从两边挤出，保证密室无空洞。当平行粘贴多条碳纤维板时，两条板带之间的空隙不应小于5mm。?
5）需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再开始粘贴时应对碳纤维板重新进行清理。?
5.6?表面防护?
当需要做表面防护时，应按有关标准的规定处理，并保证防护材料与碳纤维片材之间有可靠地粘贴。?
5.7?施工安全和注意事项?
1）碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备和电源，或采取可靠的防护措施。?
2）施工过程中应避免碳纤维片材弯折。?
3）碳纤维片材配套胶黏剂的原料应密闭储存，远离火源，避免阳光直接照射。?
4）胶黏剂的配制和使用场所应保持通风良好。?
5）现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。?
6.?质量要求?
1）所有进场材料，包括碳纤维材料和胶结材料，必须符合质量标准，并具有出厂产品合格证，符合工程加固补强设计要求。? 2）碳纤维材料在运输、储存中不得受挤压，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。?
3）各工序的施工质量，由技术人员负责指导、监督，每一道工序完成后提请技术员检查、认可后，才能进行下道工序。?
4）涂底层涂料?
涂料应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。温度低于7℃，相对湿度rh<85%，混凝土表面含水率在8%以下，无结露现象时，必须使用改性环氧树脂。?
5）构件表面残缺修补构造物表面小孔、内角必须用环氧腻子修补平整，腻子涂刮后，表面仍存在的不平糙纹，应再用砂纸磨平。?
6）?粘贴碳纤维?
（1）贴碳纤维材料时须符合下述条件：?
1?碳纤维材料应按规定裁切。?
2气温、空气湿度、构件表面含水率等符合要求。3?底层涂料及腻子达到指触干燥（树脂表面达到固化硬结）。4粘结树脂的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂、固化促进剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。?
（2）碳纤维粘贴的质量检验标准。1下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好。2?碳纤维粘结严实。?
3对于直径在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10个可认为合格；若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修。对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需进行补修。?
4顺纤维方向搭接长度不小于20cm，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。?
5?碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合规定。?
⑥?技术标准：?
《混凝土结构加固设计规范》gb50367-2006；?
《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》cecs146：2003。?
7.?结语?
碳纤维加固，只要设计合理，与一般的粘贴钢板法比较费用差不多，但碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。碳纤维加固法加固效果好，高强高效，适用面广，质量易保证，耐及耐久性能极佳。采用碳纤维加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。?
碳纤维加固具有轻质、高强、抗、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点，其抗拉强度是同等截面钢材的7～10倍。用碳纤维加固材料修复补强混凝土结构是近来发展而成的新型工法，与混凝土结构形成一体共同工作，利用碳纤维材料卓越的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。?
这项技术具有施工简便快捷、安全可靠、耐久性好，能适应各种复杂的结构外形，不影响原结构的外观等诸多优点，已在混凝土结构抗震修复加固补强工程中得到广泛的应用。?
很早进行cfrp加固构件的火灾试验是由瑞士deuring教授l5?于1994年完成的，在is0834标准升温条件下进行6根cfrp加固混凝土梁的对比试验，1根未加固，1根粘钢加固，1根采用普通胶粘贴的cfrp板加固梁(无防火保护)、2根采用普通胶粘贴的cfrp板加固梁(有防火板保护)、1根采用耐热粘贴剂粘贴的cfrp板加固梁。试验结果表明，粘钢加固梁受火后7～9min粘结失效；无防火保护的cfrp加固混凝土梁在81min后失效，而采用40mm厚防火板进行防火保护的cfrp加固混凝土梁，混凝土和碳纤维粘结处在很长时间内处于低温状态，cfrp材料大约在lh左右达到玻璃化温度。其耐火极限能够达到146min，是未经过防火保护的1．8倍。随后，ghent?university的blontrock等人?进行了一系列加固梁的耐火试验。试件矩形梁采取了相应的防火保护措施，每根梁的保护厚度、位置(在底部或侧面)、防火板锚固方式(粘贴或机械锚固)、长度(通长或仅仅在锚固区)各不相同。试验研究表明，一根采用粘贴硅钙板保护梁在受火7min后，其粘结失效，而采用机械锚固的梁在受火45min后粘结失效。研究还表明，u型(梁底和两侧)防火保护为cfrp加固梁提供更好的耐火性能，降低了cfrp材料和钢筋火灾下的温度，从而降低了构件的整体挠度。blontrock等人?还进行了cfrp加固混凝土板的火灾试验，采取矿毛绝缘纤维(rockwoo1)和粘贴石膏板进行防火保护，试验后55min左右cfrp和混凝土的粘结丧失(此时胶粘剂温度为47～63℃)。
2.2环氧树脂?
2．2．1简介?
?仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其优异的力学特性及耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能十分关键。不同类型的环氧树脂有不同的性能，可满足各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度。粘贴碳纤维布的环氧树脂易于透过碳纤维布，并产生很强的粘结力。根据使用温度的不同，树脂还分为夏用和冬用树脂。?
2．2．2物理性能?
?碳纤维布施工中需使用底涂、腻子、浸渗粘着树脂3种环氧树脂，上述环氧树脂的使用目的各不相同，其物理性标准也各异。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2．5?mpa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值，而浸渍树脂和粘结树脂性能指标则应达到表2的要求。
碳纤维加固碳纤维丝在绝氧情况下具有极佳的耐热性(可耐2000cc高温)，它的升华温度高达3650cc左右。但在有氧情况下。当温度高于400cc时即发生明显氧化。当其暴露在600cc的空气中lomin后，纤维大部分被氧化，强度下降¨。。。
(2)高温下胶粘剂的力学性能高温下结构胶粘剂达到其玻璃化温度?时，胶粘剂软化，其粘结强度显着下降。e．l．klamer?以及吴波_1?分别通过面内剪切试验研究了结构胶在一10—120oc之间其极限粘结强度随温度的变化规律。
(3)高温下cfrp材料的力学性能加拿大queen’s?university的bisbyl9?在其博士论文中整理各种frp材料的高温下抗拉性能和弹性模量随温度的变化规律，并通过很小二乘回归分析，得到了一个s型函数拟合各种frp材料的高温性能，离散性较大。其中cfrp高温下的抗拉强度和弹性模量随温度变化曲线分别如图6和图7所示，比值为高温下试验值与常温下试验值之比。
2?cfrp加固构件火灾试验研究与存在的问题