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碳纤维加固技术概述
前言
碳纤维加固工艺原理: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。
一、概述
钢筋混凝土结构由于设计、施工、使用以及意外灾害等多种原因，会影响结构的正常使用，需要维修、加固补强。FRP（纤维复合材料）修复补强钢筋混凝土结构是近十年来发展起来的一种结构修复补强新技术。FRP具有轻质高强、抗腐蚀、耐久性好、施工简便、不影响结构的外观等优异特性，因此，该项加固技术较之传统的修复补强施工工艺具有明显的优越性。该项技术在国际上深受重视，近些年来在日本及欧美等发达发展迅速，已广泛应用于桥梁、地铁、工业与民用建筑以及烟囱、水池、筒仓等特种结构的修复补强，成为钢筋混凝土结构修复补强的新趋势。
FRP从材料构成上主要有碳纤维复合材料（CFRP）、玻璃纤维复合材料（GFRP）、芳纶纤维材料（AFRP）。本工法一CFRP为例介绍FRP修复补强混凝土结构，AFRP和GFRP参照本工法。
二、工法特点
1．材料轻质高强。碳纤维片的抗拉强度比同截面钢材高7～10倍，将它用环氧树脂与钢筋混凝土构件粘贴后，能地与构件形成一体、共同工作，具有优异的补强效果，而结构自重的增加几乎可以忽略。
2．抗腐蚀。能有效地防护构件的混凝土和钢筋免受酸、碱、盐、水等介质的腐蚀。
3．耐老化。碳纤维片与环氧树脂胶结材料本身及经其补强的混凝土构件可以长期承受紫外线、核辐射。长期在 – 54～82℃温度下使用，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，耐久性将更加突出。
4．高温性能：碳纤维本身具有非常高的耐热性，但碳纤维增强复合材料与混凝土粘贴后的耐热性由环氧树脂决定。因为环氧树脂在接近80℃时发生软化，所以碳纤维增强复合材料的耐热温度为80℃(80℃的强度保持率为80％，从设计强度的安全率考虑，80℃应视作使用的上限温度)。另外，当温度达到260℃并持续该温度两小时后降至室温，碳纤维复合材料的抗拉强度不发生任何变化。
5．保持结构原状，外形美观。碳纤维片便于随构件原形裁剪、贴附。修复补强不增加构件高宽尺寸及体积，且表面可以涂刷、粘贴饰面材料、防火材料。
6．施工简便、快捷。传统加固补强施工工艺如粘钢、外包混凝土方法必须进行大量混凝土剔凿、钢筋绑扎、焊接、浇筑混凝土以及大型机械设备吊装等作业，而碳纤维片加固补强施工却不需要。因此它对施工空间要求很低，便于在狭窄空间作业，施工快捷，对生产、使用的干扰很小。
三、工艺原理
碳纤维片是用抗拉强度极高的碳纤维丝在高温下“拉拔”成型，单向排列，并经环氧树脂胶预浸而成的碳纤维增强复合片材。以环氧树脂作为胶结材料，将纤维片材沿受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在受损结构上，胶结材料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，并能有效地提高结构的强度、延性及抗裂性，控制裂缝和挠度的继续发展；必要时也可交叉粘贴单向纤维片材。整个工艺的关键在于碳纤维片粘贴的紧密性与牢固性，以与原结构形成整体，共同工作。
碳纤维片修复补强工法为满足上述要求，需以下方面：
（1）材料性能必须符合设计规定。
（2）正确地掌握工艺流程，每道工序都要有利于碳纤维片粘贴紧密。
四、材料
碳纤维片材加固混凝土结构主要材料有碳纤维片材和碳纤维胶。
(1)碳纤维片的抗拉强度、弹性模量以及延性等性能指标须符合设计规定和产品标准。
(2)粘结剂要有足够的粘结性能，工艺过程中各部位所使用的环氧树脂胶结材料的种类、型号，应根据施工时的温度、湿度进行选择。并正确掌握主剂和固化剂的配比，使渗透性、粘稠度、固化速度等方面能满足不同季节施工的需要。
五、工艺程序
（1）施工工艺施工准备
（2）结构表面处理
（3）底胶配制并涂刷
（4）配制修补胶并对混凝土表面不平整处进行填补和找平处理
（5）配制并涂刷结构胶粘剂
（6）粘贴碳纤维片材
（7）表面喷砂防护
5.1基底处理。5.2混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大的面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。5.3对表面有裂缝的部分如有必要应首先进行封闭灌浆处理。5.4用混凝土角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、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≥25mm）。5.5用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。5.6涂底胶。(1)按规定的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用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。(2)用滚筒刷均匀涂沫于混凝土表面，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准），再进行下一步施工。(3)施工现场严禁出现明火，注意通风。(4)用整平材料找平。(5)混凝土表面凹陷部位及模板接头出现高度差的部位要用整平材料填平，尽量减少高度差，使混凝土表面平滑，以利于粘贴碳纤维布。(6)转角的处理也应用整平材料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于20mm。5.7粘贴碳纤维布(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。(2)调配、搅拌粘贴树脂，然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在混凝土搭接、拐角等部位要多涂抹一些。(3)粘贴碳纤维布，在确定所贴部位无误后剥去离型纸，用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使粘贴树脂充分浸透碳纤维布。(4)多层粘贴应重复上述步骤，待纤维表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。(5)在后一层碳纤维布的表面均匀涂抹一层粘贴树脂。
六、结论
通过对碳纤维布加固施工工艺的详细介绍可以看出，这种施工方法具有简便、工期短、经济等特点。更重要的是粘贴碳纤维布补强施工与包钢法、加大截面等补强加固施工相比，在一定程度上又能极大的避免如包钢、加大截面等方法对后期装饰装修施工带来的麻烦。同为粘贴加固，粘贴碳纤维布的工效是粘贴钢板工效的4～8倍。与其他的加固方法相比，粘贴碳纤维布加固法施工质量易于，可节省大量的机械台班费、人工费和检测费。另外，从受力上来讲，经过碳纤维布加固过的砼结构，各种力学性能均能满足设计要求。
