碳纖維結(jié)構(gòu)加固

1、中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page1of7 碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介：結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是對建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)筑物改造、加固、維護所采用的專用技術(shù)。由于科學研究的深入發(fā)展和大量工程實踐，已是成熟技術(shù)，廣泛地應(yīng)用到建筑工程中，并已編制了專業(yè)技術(shù)規(guī)范。目前結(jié)構(gòu)加固的技術(shù)類型和加固方法有許多種,如粘鋼加固法、碳纖維片材加固法、噴射混凝土加固法、增截面加固法、體外預(yù)應(yīng)力加固法、改變受力體系加固法等。本文介紹碳纖維片材加固法在工程中的應(yīng)用范圍及其應(yīng)用技術(shù)。碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)，是采用配套樹脂粘結(jié)劑將碳纖維片材（或板材）粘貼于構(gòu)件表面， 使碳纖維片材承受拉應(yīng)力， 并與混凝土變形協(xié)調(diào)， 與原構(gòu)件共同受

2、力， 提高截面承載力。是國內(nèi)近十年來開發(fā)研究的一種新型混凝土結(jié)構(gòu)加固方式。1適用范圍用于梁、板受彎加固，梁、柱、墻受剪加固，約束混凝土對柱抗震加固，也可用于裂縫修補及動荷載構(gòu)件加固、補強及修補。2主要優(yōu)點高強高效，適用面廣，質(zhì)量易保證；施工靈活、便捷，工效高，沒有濕作業(yè)，不需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少；耐腐蝕及耐久性能極佳；材料重量輕，加固修復(fù)后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸；在結(jié)構(gòu)加固方案中經(jīng)濟較適中。3主要技術(shù)性能目前常選用的碳纖維片材有國產(chǎn)和進口的品牌，性能一般均能滿足使用及設(shè)計強度要求，碳纖維片材選用時一定注意要有國家級檢測中心出具的檢測報告。碳纖維片材技術(shù)性能指標應(yīng)滿足表 1

3、要求。表 1: 碳纖維片材的主要性能指標材料抗拉強度標準值fcfk彈性模量ecf延伸率密度耐腐蝕性浸透性均勻性碳纖維布3000mpa 2.1*105mpa 1.5% 1.8g/cm3優(yōu)良好良好碳纖維板2000mpa 1.4*105mpa 1.5% 碳纖維使用的粘接劑一般分為底膠、找平膠、粘接膠；目前市場上的膠種一般以選用該種碳纖維布的配套膠為主， 對其他種類的膠種如與該碳纖維布未配套使用過，則應(yīng)先做粘接試驗，當有充分數(shù)據(jù)證明時方可使用。碳纖維粘接劑的技術(shù)指標見表2.3-2、表 2.3-3、表 2.3-4。表 2: 底層樹脂的性能指標性能項目性能指標試驗方法正拉粘結(jié)強度 (mpa) 2.5, 且

4、不小于加固混凝土的抗拉強度標準值ftk 規(guī)范規(guī)定試驗方法中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page2of7 表 3: 找平材料的性能指標性能項目性能指標試驗方法正拉粘結(jié)強度 (mpa) 2.5, 且不小于加固混凝土的抗拉強度標準值ftk 規(guī)范規(guī)定試驗方法表 4: 碳纖維片材粘貼用浸漬樹脂和粘結(jié)樹脂的主要性能指標抗拉強度 (mpa) 抗剪強度 (mpa) 正拉粘結(jié)強度(mpa) 適用溫度 ( 。 c) 可使用時間（min）30 10 2.5, 且不小于加固混凝土的抗拉強度標準值ftk 5-35 20-120 4工藝原理碳纖維片材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(jīng)環(huán)氧樹

5、脂膠預(yù)浸而成的碳纖維增強復(fù)合片材。以環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)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(jié)構(gòu)上， 膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介， 形成新的復(fù)合體，使增強貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，并能有效地提高結(jié)構(gòu)的強度，延性及抗裂性， 控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展； 必要時也可交叉粘貼單向纖維片材。整個工藝的關(guān)鍵在于碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，共同工作。5設(shè)計要點碳纖維加固技術(shù)設(shè)計和施工依據(jù)以碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程cecs146：2003及粘帖碳纖維增強復(fù)合材料加固混凝土工程施工與驗收暫行規(guī)定（修訂本）為準。5. 1 采用碳纖維片

6、材加固混凝土結(jié)構(gòu)前，應(yīng)按國家現(xiàn)行有關(guān)標準對原結(jié)構(gòu)進行檢測鑒定或評估。5. 2 采用粘貼碳纖維片材加固的混凝土結(jié)構(gòu)，長期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60。c。處于特殊環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)采用碳纖維片材加固時，尚應(yīng)遵守國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定，并采取相應(yīng)的防護措施。5. 3 采用碳纖維片材對梁、板等受彎構(gòu)件進行加固設(shè)計時，加固后正截面受彎承載力的提高幅度不宜超過 40%。5. 4 進行結(jié)構(gòu)加固時宜卸除結(jié)構(gòu)上的活荷載，否則應(yīng)考慮二次受力的影響。5. 5 在受彎加固和受剪加固時，被加固構(gòu)件混凝土的實際強度等級不應(yīng)低于c15。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時，混凝土的強度等級不應(yīng)低于c10。5. 6 碳纖維在各

7、構(gòu)件中加固節(jié)點：a. 框架梁碳纖維布加固圖（見圖1） ；b. 樓板碳纖維板底加固圖（見圖2） ；中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page3of7 c.樓板裂縫碳纖維加固圖（見圖3） ；d. 磚墻碳纖維加固圖（見圖4） 。1111001. 材料: 碳纖維布設(shè)計厚度為 0.11mm,抗拉強度大于等于 3000mpa;注：圖1: 框架梁碳纖維布加固圖300150150300300150300150150梁高梁寬板厚粘碳纖維 u 形箍壓條一層 , 厚度0.111粘碳纖維 u 形箍一層 , 厚度0.111粘碳纖維 u 形箍壓條一層 , 厚度0.1113. 梁底轉(zhuǎn)角處應(yīng)打磨成 r大于20mm 的圓弧;4

8、. 碳纖維粘貼前需將混凝土粘貼面處理干凈, 修理平整;5. 碳纖維粘貼后表面需點粘豆石并做15-20mm 的水泥砂漿保護層。注： 1. 按施工;圖2: 樓板開洞碳纖維板底加固圖2. 碳纖維設(shè)計厚大于或等于 0.11mm;3. 樓板開洞須用無震動水鉆切割;4. 碳纖維抗拉強度大于等于 3000mpa 。3003003003002222板厚2002-2l1l2中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page4of7 1000粘碳纖維布 (騎縫粘貼)裂縫封閉灌漿0.111*100*1000300l1l2圖3: 樓板裂縫碳纖維加固圖1.按施工;注：2.碳纖維設(shè)計厚大于或等于 0.11mm;3.樓板裂縫寬度大

9、于 0.3mm 須封閉灌漿;4.碳纖維抗拉強度大于等于 3000mpa 。板厚5005003-3331. 按施工;注：圖4: 磚墻碳纖維加固圖2. 碳纖維表面必須做保護層墻厚樓板標高一層碳纖維0.1mm*300樓板標高44-46工藝流程及操作要點6. 1工藝流程貼碳纖維片材構(gòu)件表面處理構(gòu)件表面環(huán)氧膩子修補涂底層涂料涂裝粘貼面基層處理養(yǎng)護固化中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page5of7 6. 2 操作要點6.2.1施工所需機械器具、工具（見表5）表 5 施工所需機械器具、工具一覽表種類名稱切削工具角向砂輪、錘子、鑿子、鉆、鏨子畫線工具黑斗、卷尺、水平儀、鉛錘碳纖維裁切工具卷尺、鋼直尺、壁紙

10、刀調(diào)和及涂刷樹脂用具臺秤、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、油漆刷、攪拌器、抹灰板粘貼及脫泡用工具脫泡羅拉、毛羅拉、橡膠刮板、塑料刮板安全用具安全帽、安全帶、防護眼鏡、橡膠手套、口罩施工管理用器具r 量尺、溫度計（測量材料溫度、大氣溫度、混凝土表面溫度）、濕度計其他空壓機、通風設(shè)備、養(yǎng)護復(fù)合材料、綿紗6.2.2 混凝土基底處理（1）將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達到結(jié)構(gòu)密實部位, 必要時再用高強水泥砂漿將表面修補完整。（2）裂縫修補?？p寬小于 0.20mm 的裂縫，用環(huán)氧樹脂進行表面涂抹密閉；大于或等于0.20mm 的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。（3）對貼片范圍的定位、劃墨線、按修復(fù)、補強設(shè)計

11、要求進行。（4）棱角的部位，用磨光機磨成圓角。圓角半徑宜30mm，最小不得小于 20mm。6.2.3 涂底層涂料（1）把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻，一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準，超過可使用時間不得再用。（2）用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料(含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用) 。（3）指觸干燥時間因氣溫不同，一般在3h 到1d 之間變化。（4）底層涂料固化后， 在構(gòu)件表面有凝結(jié)凸起時， 要用砂紙磨光。磨光后若露出混凝土基面，應(yīng)再補涂底層涂料。（5） 根據(jù)施工部位的溫度， 濕度選擇適當?shù)牡讓油苛稀?在氣溫 5以下。相對濕度 rh85、混凝土

12、表面含水率在 8以上，有結(jié)露可能而無有效措施時，不得施工。6.2.4 構(gòu)件表面的殘缺修補。（1）構(gòu)件表面凹陷部位（蜂窩、麻面、小孔等）應(yīng)用環(huán)氧膩子填平，修復(fù)至表面平整。（2）內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補， 使之平順。 在殘缺修補中使用環(huán)氧膩子時，中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page6of7 要在氣溫 5以上，相對濕度 rh85的條件下施工。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應(yīng)再用砂紙打磨平整。6.2.5 粘貼碳纖維片（1）確認粘貼表面干燥，氣溫在 5以下，相對濕度 rh85時，如無有效措施時不得施工。（2）防止碳纖維片受損。碳纖維片在運輸，儲存。裁切和粘貼過程中，嚴禁受到彎折。因

13、此，貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸裁切碳纖維片，每段長度一般以不超過6m 為宜。要使用更長的片材時，除精心防止彎折外，對脫泡（即趕出氣泡）、滲浸過程必須加借謹慎操作。為防止片材在保管過程中損壞，片材的裁切數(shù)量應(yīng)以當大的用量為準。（3）纖維片縱向接頭必須搭接 10cm 以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂。纖維片橫向不需要搭接。（4）粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準。（5）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂，稱為下涂。下涂的涂量標準如下：200g/m2的碳纖維片， 400500g/m2；300g/m2 的碳纖維片， 50060

14、0g/m2：涂量是根據(jù)施工部位及施工面的粗糙程度而變化的。拱起部分。拐角部分。纖維片搭接部位以及殘缺修補處要多涂一些。（6）貼片時，在碳纖維片和樹脂之間不應(yīng)留有空氣。為此，可用羅拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使粘結(jié)樹脂充分滲浸人碳纖維束中。（7）纖維片施工 30min（根據(jù)干燥程度）后，用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)樹脂，稱為上涂。上涂涂量標準如下： 200g/m2 的纖維片， 200100g/ m2；300g/ m2 的纖維片， 300200g/ m2。上涂時和（6）一樣，用脫泡羅拉沿纖維方向用力滾壓23 次，使纖維內(nèi)部補充、 滲浸粘結(jié)樹脂。（8）進行空鼓檢查，并進行處理。（9）如碳

15、纖維片施工不符合質(zhì)量標準，則需進行相應(yīng)處理，其中空鼓處理方法如下：注入粘結(jié)樹脂法。在碳纖維片上打開2 個以上的孔，使用注射器注入粘結(jié)樹脂（或低粘度型樹脂）。割刀切人填充樹脂修補法。沿纖維方向切入23 刀，用橡膠刮板。毛刷沾上適量粘結(jié)樹脂，填進割開的縫內(nèi)。補丁補修法。當貼片完全固化后，無法用割刀切開或注入樹脂，或纖維片表面出現(xiàn)沼皺或松弛時，應(yīng)采用此方法割去不良部分。重新粘貼碳纖維片。中鐵建工集團碳纖維片材結(jié)構(gòu)加固技術(shù)page7of7 6.2.6 養(yǎng)護固化（1）粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h 達到初期固化，并應(yīng)保證固化期間不受干擾。（2） 碳纖維片粘貼后達到設(shè)計強度所需自然養(yǎng)護的時間：平均氣溫在

16、 10以下時，需要 2 周；平均氣溫在 10以上 20以下時，需要 12 周；平均氣溫高于 20時，需要 1 周。在此期間應(yīng)防止貼片部分受到硬性沖擊。6.2.7 涂裝（1）若加固補強構(gòu)件需要防火時，可在樹脂固化后按業(yè)主要求涂刷耐火涂層。（2）對加固補強構(gòu)件有外觀要求時，可在補強后涂刷所需色彩和質(zhì)量的涂層。（3）涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標準和施工規(guī)定。7. 工程實例蘇州新區(qū)秀水苑 2#、4#別墅的整體修復(fù)工程中，成功應(yīng)用了碳纖維修復(fù)裂縫、補強混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)， 取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會郊益。秀水苑 2#、4#別墅為二層磚混結(jié)構(gòu)， 由中鐵建工集團蘇州建設(shè)公司開發(fā)建設(shè)，北京中鐵工建筑工程設(shè)計院設(shè)計。于2004年5月竣工交付時發(fā)現(xiàn)9棟別墅的二層樓面、 屋面現(xiàn)澆板局部出現(xiàn)裂縫， 較為嚴重的為貫通裂縫。 于2004年8月進行