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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 8～10 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—54~80℃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. 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 RH〉85％, 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 RH〈85％的条件下施工。腻子刮平后, 表面仍存在的凹凸糙纹， 应再用砂纸打磨平整。
2. 4 贴碳纤维片材
2. 4。 1 确认粘贴表面干燥. 气温在 5℃以下, 相对湿度 RH〉85%时不得施工.
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 的碳纤维片, 400～500g/m2 300g/m2 的碳纤维片, 500～600g/m2
2。 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， 200～100g/m2 300g/m2 的碳纤维片， 300～200g/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 2～3 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 10～20℃之间, 需 1～2 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 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、 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 的用环氧树脂涂抹封闭， 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 10~30mm 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1200~1300mm 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。