碳纤维加固混凝土结构是近十年来新兴的一种加固技术，加固主材碳纤维布（carbon fiber sheet）具有高抗拉强度、高弹性模量、质量轻、厚度薄、耐腐蚀性能好、使用方便等特点。该技术是利用树脂类材料将碳纤维粘贴于结构或构件表面，使碳纤维与混凝土形成一个复合性整体，通过其与结构或构件的协同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。碳纤维加固技术具有施工便捷、用途广泛、不改变结构形状及重量等特点，有很大的研究推广价值及市场潜力。

1、工程概况

某宿舍楼在建设过程中，发现一根6米跨度的框架梁（250mm×400mm）底部及侧面出现一细微贯通裂缝，约0.2mm宽。为保证结构安全，经建设、监理、设计及施工单位等相关方一起分析比较，最终采用粘贴碳纤维布的方法对该框架梁进行加固。

2、加固方案

施工前，将该框架梁部位上所堆放的材料移走，使加固施工时框架梁承受的荷载作用减小到最小程度。
裂缝处理：缝宽小于 0.2mm 的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于 0.2mm 的裂缝用环氧树脂灌缝修补。

碳纤维加固：先在梁底粘贴与梁同宽的通长碳纤维布条，再粘贴100mm宽碳纤维布“U”形箍，间距200mm，并在梁两侧面上边缘粘贴100mm宽通长碳纤维布条加固“U”形箍，最后在梁面粘贴一道碳纤维布，宽度为250＋2×100＝450mm，如下图所示：

3、碳纤维布加固框架梁设计

3.1碳纤维布加固的前提首先，利用回弹法对框架梁混凝土进行检测，以供加固参考。经检测，混凝土的实际强度为C30。根据设计图纸，及现场混凝土、钢筋的受损情况，考虑提高框架梁的抗拉强度等级，为此，将610mm宽的碳纤维布裁成两半，分两层粘贴在框架梁的底面及两侧，加固后，增加了原受拉钢筋面积，弥补了由于原钢筋变形而造成的截面削减，构件的承载力得到加强，而且，总体配筋率ρmin≤ρ≤ρmax，可以满足使用要求。

3．2碳纤维布的设计在受弯加固时，应使碳纤维片材的纤维方向与受拉区的拉应力方向一致。因梁底宽度为350mm，而碳纤维布的宽度为610mm，兼顾加固时碳纤维布的幅宽效应及框架梁下的受拉范围，考虑将碳纤维布裁为两半，一层为300mm宽，一层为310mm宽，分两层粘贴在梁的下侧；再粘贴100mm宽的碳纤维布“U”形箍；框架梁两侧面上边缘各粘贴四根100mm宽的碳纤维布条固定碳纤维布“U”形箍。碳纤维布的主要力学指标抗拉强（Mpa）弹性模（Mpa）延伸率（%）技术规程指标≥3000≥2.1×105≥1.44．3配套树脂粘结材料的设计配套树脂分别由主剂和固化剂配制而成，分为适合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主剂和固化剂分别包装，在现场使用时，应按工艺要求、按照规定的比例混合均匀，以形成所需要的底层树脂、找平树脂、粘结树脂。
①底层树脂底层树脂作用是增强表面混凝土与找平材料或粘结树脂界面粘结强度；
②找平树脂找平树脂是使表面平整度符合规定要求，并与底层树脂及粘浸树脂具有可靠的粘结强度；
③粘结树脂粘结树脂是粘贴碳纤维布的主要粘结材料，其作用是使碳纤维布与混凝土得到充分的粘结，使其共同承受结构的作用。配套树脂粘结材料的主要力学性能指标：正拉粘结强度底层树脂找平树脂技术规程指标≥2.5，且大于混凝土抗拉强度的1.2倍///粘结树脂技术规程指标同底层树脂≥10≥30≥404、施工准备
（1）、主要材料：底胶、粘着胶、碳纤维布。
（2）、辅助材料：低速搅拌器、专用滚筒、角向磨光机、剪刀、凿子、刮板、吹风机、榔头、量具等。
（3）、搭设脚手架：按安全规程要求搭设好脚手架，高度以满足施工要求和施工方便。

3、灌缝施工

本工程采用环氧树脂自动低压速灌施工工艺对框架梁微裂缝进行修复补强，该工艺利用混凝土多孔性原理及注胶底座上的弹性橡胶膜收缩产生的压力，将高流动度环氧树脂压入裂缝，并渗透至缝隙深处，达到恢复混凝土性能的目的。
3.1表面清理：用砂轮机将混凝土表面污物及浮浆清理干净，直至露出密实的混凝土结构。
3.2安装底座：在梁的两侧裂缝处各安装两个硅酮橡胶灌浆底座，并用专用底座粘接胶固定，两个灌浆底座间距约200mm。
3.3裂缝密封：用封缝胶将整条裂缝及可能漏胶的部位进行表面密封，并等待封缝胶硬化。
3.4环氧树脂灌注：将装好低粘度环氧树脂灌缝胶（TJ—LR）的专用注射筒安装至底座上，并加压灌注，直至灌满为止。灌注过程应注意不可产生漏浆现象，且注射筒内无树脂时应立即换补，连续施工。
3.5拆除底座：待树脂硬化后，将橡胶底座拆除，并将表面打磨平整。

4、碳纤维加固

施工步骤：表面处理→涂刷底胶→修补找平→粘贴碳纤维→养护→检验
4.1表面处理
1、将整条框架梁底面及两侧面用砂轮机进行全面打磨，去除混凝土面层的污物、浮浆及松散结构，露出密实结构，并将其表面打磨平整。
2、将构件棱角部位打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm。
3、用吹风机将表面灰尘和杂物清理掉，并用水及酒精清洗，需待混凝土表面充分干燥后方可进行下道工序施工。
4.2涂刷底胶
1、把底层树脂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入专用容器内，先称量主剂，然后加入固化催进剂，搅拌均匀， 1～3 分钟后再加入固化剂，并用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间（约30～40分钟）内用完。
2、用专用滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷于混凝土表面，待树脂表面指触干燥（树脂表面达到固化硬结）后才能进行下一道工序的施工。
3、底层树脂指触干燥或固化后，表面上的凸起部分（类似结露的露珠状）要用砂布或角磨机磨平。
4.3修补找平
1、配制环氧腻子：腻子主剂、固化催进剂、固化剂按规定比例称量准确，装入容器，添加次序同底层树脂施工要求,用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间（约40—50分钟）内用完。
2、构件表面凹陷部位采用环氧腻子填平，并修复至表面平整、顺滑，无楞角。转角处也应修复为光滑的圆弧，圆弧半径不小于20mm。
3、腻子涂刮后，表面存在的凹凸糙纹，应用砂纸打磨平整。
4.4粘贴碳纤维
1、按设计尺寸剪裁碳纤维布，应注意必须满足尺寸要求，并保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位的方向一致。严禁斜向裁切碳纤布，防止出现拉丝现象。裁剪后的碳纤维布宜卷成卷状，防止褶皱、弯折。
2、浸渍树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间（约50—60分钟）内用完。
3、粘贴碳纤维前应对混凝土表面再次擦拭，确保粘贴面无粉尘后，将浸渍环氧树脂均匀地涂抹于所要粘贴的部位。涂刷树脂时，必须做到“稳、准、匀”的要求，即：稳，刷涂用力适度，尽量不流不坠不掉；准，在粘贴部位准确进行涂刷，满刷且不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚均匀一致。
4、碳纤维布粘贴时，同样要“稳、准、匀”，要求做到用力适度，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。 滚压碳纤维布时，必须用特制的滚筒从一端向另一端多次进行滚压，挤除气泡，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中应让浸渍树脂充分渗透碳纤维布，做到浸润饱满。碳纤维布需要搭接时，搭接长度必须大于100mm，并保证搭接部位的树脂浸润质量。
5、多层粘贴时，应在碳纤维织物表面指触干燥后立即进行下一层的粘贴。如超过40分钟，则应等12小时后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
4.5养护
粘贴碳纤维布后应进行养护，养护期间（特别是初期固化期间）应严格保证不受外界干扰和碰撞，养护期约1周。
4.6检验
施工质量检验及验收标准如下：
1、碳纤维片粘贴位置与设计要求位置相比，中心线允许偏差≤10㎜，采用钢尺测量全部；
2、碳纤维片粘贴量≥设计数量，根据测量计算全部；
3、粘贴质量：
a.单个空鼓面积＜1000mm2时采用充胶修复；≥1000mm2时采用割除修补；
b.空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%，锤击法全部或抽样检查；
4、粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维布割除，用每边向外缘扩展100mm大小的同样碳纤维材料，用同样粘结剂，补贴在原处。

5、施工注意事项

1、底胶和腻子的固化剂，与浸渗粘贴树脂的固化剂不同，使用时应分清用途，不得用错。固化剂中含有有机过氧化物，应避免使用铁、铜等制品，应使用玻璃、铝、不锈钢等材料的容器。
2、树脂、固化剂、固化促进剂的计量必须使用计量器，计量器精度为± 1g 。混合的顺序是：先计量树脂，然后添加固化促进剂搅拌 1～3 分钟，再后添加固化剂搅拌 1～3 分钟。严禁同时添加固化剂和固化促进剂进行混合。
3、树脂的混合量应在可使用时间内用完，特别是在进行浸渍粘贴树脂的施工时，应考虑浸渗时间再决定混合量。树脂凝化时间一超过，就会发生急剧的固化，不能再进行使用，为保证施工质量，树脂可使用时间应控制在比凝化时间短10分钟左右。主剂、固化剂混合后，应严格遵守可使用时间，如果出现树脂凝化的前兆应立即停止使用。
4、碳纤维布只有与所加固修补的混凝土表面紧密接触，才可能产生良好的补强效果。混凝土表面的锐利突起物或楞角，都可能使碳纤维产生损伤，并导致强度降低。因此，粘贴碳纤维前，应检查粘贴面是否平整，否则应进行打磨，使混凝土的平整度保持在1mm以内。
5、碳纤维布裁剪后应卷成小卷，防止褶皱。保管纤维布时，应避免日光直射及雨水、灰尘等的侵袭。碳纤维布在运输、储存过程中不得受挤压，以免碳纤维受损，胶结材料应阴凉密闭储存。
6、由于碳纤维为导电材料，施工时碳纤维布应远离电气设备及电源，或采取相应的防护措施；
7、粘结剂的配制应在室内进行，其操作环境及施工现场均应保持良好通风；
8、施工人员应戴防护面罩、手套并着工作服；
9、各种粘结材料不得污染生活水源。废弃物不得倒入下水道，应按环保要求集中处理。

6、总结

利用碳纤维加固技术补强受损框架梁后，该框架梁面层按常规进行粉刷、涂饰，正常使用至今，未出现任何异常现象。
该补强技术操作简便、施工快捷，施工时只需采用小型电动工具，而且施工速度快、工期短，不增加结构体积和重量，补强后不改变结构外形，同时不影响结构表面装饰，与传统的加固方法相比，具有明显的优越性。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，新应用领域的进一步探索与开拓，这项技术将更加成熟，更加完善，该技术的应用也必将呈现出更加广阔的前景。

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文章来源： 永年加固公司
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