碳纖維加固施工(gōng)工(gōng)藝

碳纖維布結構加固改造修複混凝土技術是一(yī)項目前在國際上正在普遍應用的技術，能廣泛應用于各種建築物(wù)結構加固上，同傳統的加固的方法相比有很多優點。

    粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑将碳纖維布粘貼在建築結構構件表面，使兩者共同工(gōng)作，提高結構構件的(抗彎、抗剪)承載能力，由此而達對建築築物(wù)進行加固、補強的目的。 碳纖維片加固補強混凝土結構的應用研究始于20世紀80年代美國、日本等發達國家，進入20世紀90年代中(zhōng)後期我(wǒ)(wǒ)國的許多科研機構和企業也相繼進行了這方面的試驗研究。目前，在我(wǒ)(wǒ)國的北(běi)京、上海、天津、江蘇、福建等許多地區的橋梁和工(gōng)民建工(gōng)程中(zhōng)得到了廣泛的應用。其中(zhōng)有些是由于意外(wài)事故而導緻結構或構件的承載能力而需補強加固的；有些是由于混凝土強度或配筋不足而需補強加固的；有些是由于結構或構件達到或接近使用年限而需加固的；還有部分(fēn)建築是未進行抗震設防的，滿足不了《建築抗震鑒定标準》GB50023-95要求，需進行抗震加固。中(zhōng)國革命曆史博物(wù)館（以下(xià)簡稱“革曆博”）就是屬于後兩種情況，進行綜合比較後選擇了碳纖維粘貼抗震加固的方式。下(xià)面結合“革曆博”具體(tǐ)工(gōng)程實例談一(yī)談碳纖維加固混凝土結構的施工(gōng)工(gōng)藝。

二．碳纖維片加固簡介

（1）特點

①高抗拉強度、高彈性模量，效果好。

②施工(gōng)方便，無需任何夾具、模闆，能适應各種結構外(wài)形的補強而不改變構件外(wài)形尺寸，可多層粘貼，并能有效地封閉混凝土的裂縫；

③加固後能大(dà)大(dà)提高結構的耐腐蝕性及耐久性；

④不增加結構自重。

（2）自重輕，基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适應範圍廣；

（3）施工(gōng)簡便(不需大(dà)型施工(gōng)機械及周轉材料)，易于操作，經濟性好；

（4）施工(gōng)工(gōng)期短；因此，碳纖維結構加固技術在混凝土結構方面已産生(shēng)較大(dà)的效應。 

碳纖維加固技術适用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、闆、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體(tǐ)、殼體(tǐ)等結構，要求基層混凝土的強度等級不低于C1 5即可；另外(wài)，磚砌體(tǐ)的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。 

三. 施工(gōng)工(gōng)藝

（一(yī)）施工(gōng)準備   

l、主要材料的準備： 碳纖維布及其配套用膠的進場報驗。   

2、輔助工(gōng)具及材料的準備： 專用滾筒、刮闆，磨光機，剪刀、鑿子、榔頭、台秤，灰刀，二甲苯、毛刷。   

3、搭設腳手架： 按安全規程要求搭設腳手架，高度以方便施工(gōng)爲前提

其加固施工(gōng)工(gōng)序爲：混凝土基底處理→塗底層塗料→用環氧膩子進行殘缺修補→貼碳纖維片→養護→塗裝→完工(gōng)驗收。

3.1 混凝土基底處理

（1）裂縫處理。寬度小(xiǎo)于0.2mm的裂縫，用環氧樹(shù)脂進行表面塗抹封閉；大(dà)于0.2mm的裂縫用環氧樹(shù)脂灌縫。“革曆博”抗震加固的大(dà)梁大(dà)部分(fēn)都有寬度不一(yī)的裂縫，最大(dà)裂縫達到 1mm以上，爲此我(wǒ)(wǒ)們對所加固的主梁首先進行了壓力灌膠處理。

（2）将混凝土構件表面的殘缺、破損部分(fēn)清除幹淨，達到結構密實部位，使其表面平整。

（3）檢查外(wài)露鋼筋是否鏽蝕。如有鏽蝕，需進行必要處理。

（4）對經剔鑿、清除和露筋的構件殘缺部分(fēn)，用環氧砂漿進行修補、複原，達到表面平整。

（5）将構件表面凸出部分(fēn)（混凝土構件交接部位、模闆的段差等）打磨平整，修複後的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑須≥30mm。

（6）結構或構件表面打磨後，用吹風機将表面灰塵和雜(zá)物(wù)清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分(fēn)幹燥。“革曆博”工(gōng)程施工(gōng)中(zhōng)我(wǒ)(wǒ)們使用吹風機将灰塵清理後又(yòu)用酒精進行清洗。

3.2 塗底層塗料

（1）把底層塗料的主劑和固化劑按規定比例稱量準确後放(fàng)入容器内，用攪拌器攪拌均勻；一(yī)次調和量應在可使用時間内用完。

（2）用滾筒刷均勻地将底層塗料塗刷于混凝土表面，指觸幹燥後（一(yī)般養護3~24小(xiǎo)時）才能進行下(xià)一(yī)道工(gōng)序的施工(gōng)。

（3） 底層塗料指觸幹燥或固化後，表面上的凸起部分(fēn)（一(yī)般類似結露的露珠一(yī)樣）要用砂布或角磨機磨平。

3.3 用環氧膩子進行殘缺修補

（1）構件表面凹陷部位應用環氧膩子填平，并修複至表面平整、順滑。

（2）内角（段差、起拱等）要用環氧膩子填補，使之平順。膩子塗刮後，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙(zhǐ)打磨平整。

3.4 粘貼碳纖維片

（1）樹(shù)脂的主劑和固化劑應按規定的比列稱量準确，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一(yī)次調和量應在可使用時間内用完。

（2）纖維順長方向片材的接頭必須搭接10cm以上。該部位應多塗樹(shù)脂，脫泡、樹(shù)脂操作按正常進行。在片材寬度方向不需要搭接。

（3）貼片前用滾筒刷均勻地塗抹粘貼用環氧樹(shù)脂，稱爲下(xià)塗。貼片時，在纖維片和樹(shù)脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（專用工(gōng)具）沿着纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使樹(shù)脂滲浸進纖維中(zhōng)。

（4）纖維片施工(gōng)30分(fēn)鍾後，用滾筒刷均勻塗抹粘貼用環氧樹(shù)脂，稱爲上塗。如需多層粘貼則重複3.4.1~3.4.4步驟，并保證底層粘貼的碳纖維片上塗已指觸幹燥，才能粘貼下(xià)一(yī)層。

（5）最後一(yī)層碳纖維的上塗應塗刷均勻、周邊整齊。

3.5 養護

（1） 碳纖維片施工(gōng)後，應進行養護，保證養護期間的溫度不低于環氧樹(shù)脂的允許使用溫度。

（2）養護期一(yī)般在1~2周内。

（3）對于有風吹、雨淋或有可能人爲擾動的地方應進行遮擋封閉養護。

3.6 表面塗裝

對于有外(wài)觀裝飾要求的結構或構件，可在粘貼後的碳纖維表面塗刷基于環氧基底的塗料或噴沙抹灰後塗刷常規塗料。

四．施工(gōng)主意事項

（1）氣溫在5℃以下(xià)、相對濕度RH>85 %、混凝土表面含水率在8%以上、有結露的可能時，無有效措施不得施工(gōng)。

（2）由于碳纖維片爲電(diàn)的良導體(tǐ)，應使其遠離(lí)電(diàn)源。

（3） 施工(gōng)用各種樹(shù)脂遠離(lí)明火(huǒ)，并避免陽光直射。

（4）施工(gōng)及檢查人員(yuán)應穿防護工(gōng)作服，配戴口罩、手套、防護眼鏡等防護用品。

（5）施工(gōng)現場通風狀況良好。

（6）當樹(shù)脂粘附在皮膚上時，應立即用肥皂水沖洗，濺入眼内用清水清洗或及時就醫。

五、安全措施： 

l 、操作人員(yuán)必須經過專業培訓，懂得操作工(gōng)序。 

2、操作人員(yuán)必須根據工(gōng)作環境佩帶防護用品，如安全帽、安全帶、絕緣手套、絕緣鞋、風鏡口罩等，并集中(zhōng)精力操作。 

3、操作腳手架應牢固可靠，周圍應有防護欄杆，在沒有絕對可靠的防護措施下(xià)不得立體(tǐ)交叉作業。    ’ 

4、電(diàn)器設備及架設應符合安全用電(diàn)規定，應有接零或接地觸電(diàn)保護裝置，嚴禁零線與相線搞混，避免相線與結構鋼筋連接造成觸電(diàn)事故。 

5、結構膠、二甲苯等物(wù)應穩妥保管，并用防火(huǒ)、防爆措施，容器清洗後殘餘物(wù)不得随意傾倒，應按指定點集中(zhōng)處理。 

6、操作環境應通風，有足夠的照明度。

六．材料

此次“革曆博”加固工(gōng)程，北(běi)京特希達公司所采用的是日本三菱化學公司的碳纖維片及其專用樹(shù)脂，其主要材料種類和性能見表1~4。

表1：碳纖維片的種類和性能

表2：底層塗料的種類和性能

表3：修補用環氧膩子種類和性能

表4：粘貼用環氧樹(shù)脂種類和性能

 七.勞動力及機工(gōng)具安排

每一(yī)施工(gōng)班組以3~4人爲宜，每人每工(gōng)日完成工(gōng)程量在10m2左右。每一(yī)班組準備的主要機、工(gōng)具爲角磨機4台，吹風機1台，台稱1台，滾筒刷6把，羅拉2把，灌膠工(gōng)具一(yī)套。

八.質量驗收

目前，國内尚無國家認可的強制性驗收标準，碳纖維加固工(gōng)程檢查驗收均以企業标準爲依據，北(běi)京特希達科技有限公司的企業标準已經過長時間、多種類工(gōng)程檢驗，目前比較全面、成熟。

（1）原材料必須有生(shēng)産廠家的出廠檢驗合格證，進口材料要有商(shāng)檢證。工(gōng)程量比較大(dà)時應進行原材料試驗。

（2）每一(yī)工(gōng)序按工(gōng)藝要求進行，屬于隐蔽工(gōng)程的要有隐檢紀錄。

（3）用小(xiǎo)錘輕擊，檢查空鼓，無空鼓或隻有少量小(xiǎo)空鼓（<3cm）便視爲合格；對于較大(dà)的空鼓（≥3cm）或較多的小(xiǎo)空鼓應進行灌膠（注入TR樹(shù)脂）處理。

（4）保證氣溫在5℃~35℃之間，相對濕度不大(dà)于85 %的環境下(xià)施工(gōng)。

九．工(gōng)程實例簡介

由于施工(gōng)時在距摟面7m左右高的吊頂内進行，障礙物(wù)較多，施工(gōng)操作較困難，此建築是在建國初期施工(gōng)建成的，當時施工(gōng)技術較落後，因此混凝土表面平整度較差，進行基底打磨時難度較大(dà)，尤其在對“U”形環包的底部轉角處進行倒角處理時，更花費(fèi)了許多精力。

本工(gōng)程施工(gōng)完成後，無論是施工(gōng)質量，還是确保工(gōng)期和後期服務工(gōng)作，均受到業主、監理單位、設計單位的好評，經驗收确認效果良好，達到預期加固目的。

用碳纖維片修複補強混凝土結構與傳統的加固方法相比，具有巨大(dà)的優越性，有良好的技術經濟效益、社會效益和環境效益。

9.1   技術經濟效益

碳纖維片的重量輕、強度高，随形性好，能适應各種複雜(zá)結構外(wài)形的修複補強，對結構重量的影響甚微；碳纖維修複補強工(gōng)藝施工(gōng)簡便迅速，無需任何夾具、模闆和支撐，雖然碳纖維本身的價格高于其他材料，但施工(gōng)費(fèi)用大(dà)大(dà)降低。它免除了鋼闆補強、混凝土補強等傳統方法所需的植筋錨固、裝拆夾具、立模、支撐、灌注混凝土、養護、拆模等繁雜(zá)的工(gōng)序和輔助設施，而且占用空間小(xiǎo)，即使在高空作業，也隻需設置簡易工(gōng)作平台即可。因此，用碳纖維片修複補強混凝土結構的綜合造價将低于傳統的補強方法，經濟效益視具體(tǐ)工(gōng)程情況而定，越是複雜(zá)結構其效益将愈明顯。另外(wài)，碳纖維片補強有非常良好的抗腐蝕性能和耐久性，不需作任何防腐處理，而粘鋼加固則需做定期防鏽、防腐處理。因此，碳纖維片修複補強技術具有明顯的技術經濟效益。

9.2    社會效益

由于碳纖維片修複補強的施工(gōng)簡便迅速、施工(gōng)周期短、占用空間小(xiǎo)，使施工(gōng)對周圍的影響降低到最低限度。例如：城市橋梁、大(dà)型公用設施、工(gōng)業與民用建築的維修，爲了減少施工(gōng)帶來的損失，必要時在一(yī)定條件下(xià)還可在交通設施正常運營、工(gōng)廠正常生(shēng)産的情況下(xià)進行作業，因此有一(yī)定的社會效益。對受意外(wài)災害，特别是地震災害引發的房屋、橋梁等混凝土結構物(wù)的震損，用碳纖維片快速修複，使城鎮人民的生(shēng)産、生(shēng)活盡快恢複正常，則其社會效益和環境效益都将是巨大(dà)的。