上海毅实建筑加固工程有限公司
碳纤维加固为了保证交通畅通，就需要对桥梁进行维修、加固和改造。目前常用的加固方法有加大截面法、粘钢加固法、外包钢加固法、碳纤维加固法等。其中碳纤维加固法一项新型的结构加固技术，它将碳纤维材料通过树脂类胶结材料粘贴在混凝土结构的表面，与之形成整体的受力体系，从而改善结构受力性能，达到补强加固结构的目的。
1.?进行碳纤维材料加固技术研究的必要性
1.1国家科技战略发展的需要。?
关于碳纤维材料在混凝土结构加固修补技术，上世纪80年代初，美、日等发达国家就着手进行这方面的试验和研究，已经相当成熟。目前世界上碳纤维生产主要集中在日本、英国、美国、法国、韩国等少数发达国家。日本三家以腈纶纤维为主要产品的公司（东丽、东邦以及三菱人造丝公司）依靠其先进的纺丝技术，形成了高性能原丝生产的优势，占据了世界75%以上的产量。上世纪90年代末?，我国开始碳纤维加固技术的研究，并在桥梁工程结构加固中开始普及应用。但与国际先进水平相比，还存在一定的差距，总体发展水平落后近20～30年，目前我国95%的碳纤维要依靠进口。
科技实力是综合国力的主要支柱之一，占领科技发展的制高点，才能掌握主动权。我国非常重视碳纤维产业的发展，国家“863计划”以及有关部委都在关心我国碳纤维工业的发展及其产业化步伐，并给予强有力的支持；“十一o五”发展规划中把事关国家产业安全的高新技术纤维材料作为重中之重，碳纤维被列为首位，是国家迫切需要短期内获得突破的高新技术纤维品种，又启动了相关“973计划”，为我国碳纤维的发展创造了得天独厚条件。?
1.2建设节约型社会的需要。?
在《公路旧桥检测评定与加固技术研究及推广应用》项目鉴定验收会上，交通部领导与参评专家对这项研究给予高度评价，他们认为该项研究成果为我国路网优化改造和危桥改造计划的顺利实施，提供了强有力的技术支持，体现了建设节约型行业的科学发展观，促进了我们建设低碳节约型社会。?
1.3科学技术发展的需要。?
桥梁的修复工程各具特点，为科学研究提供了大量科学的数据。经过多年的系统研究，我国已经基本建立了在役桥梁检测与维修加固的一系列标准规范，形成了较完备的实用技术体系。工程材料的进步和新材料的出现历来是土木工程发展的先驱和动力，碳纤维材料的出现和成功的用于土木工程的加固与补强上，使土木工程加固技术研究更上一个台阶。?
2.?碳纤维材料的特性?
碳纤维材料，是迄今为止应用于土木工程领域很早、技术很成熟、用量很大的一种高科技材料。作为划时代的补强材料，与传统的补强材料相比，具有许多不可替代的优势和特点。碳纤维（carbon?fiber，简称?cf），是由有机母体纤维（例如聚丙烯腈、粘胶丝或沥青），在1000～3000℃高温的惰性气体环境下（除碳以外的所有元素都被去除），采用高温分解法制成的含碳量在95%以上的新型纤维材料。它不仅具有碳材料固有的本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代高强度纤维材料。由于具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，被称为新材料之王，在国际上被誉为“黑色黄金”、“第三代材料”。?它的比重不到钢材的1/4，而抗拉强度是钢材的7~9倍，抗拉弹性模量也高于钢材，而且具有很强的耐碱行和耐蚀性。?
近些年来，碳纤维材料在土木工程领域中的应用，一直是国内外研究的热点。国内外的碳纤维及其复合材料工业处于高速发展的时期，生产技术和生产效率明显提高，产品成本稳中有降。随着碳纤维材料加固混凝土结构的新技术的蓬勃发展，其在建筑行业得到广泛的应用。?
3.?碳纤维加固的定义、原理、特点和适用范围?
3.1碳纤维加固的定义。?
碳纤维加固是指用专门配制的粘贴树脂或浸渍树脂粘将碳纤维材料贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位表面，树脂固化后与原构件形成新的受力复合体，共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力。?
3.2碳纤维加固的原理。?
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有良好的力学性能。碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝具有相同的方向性，能共同工作，这是加固补强的必要条件和关键所在。而将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸后，就成为复合增强材料（单向连续纤维），大大提高碳纤维布的抗拉强度；而后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构件上，形成一个新的复合体，使粘贴材料与原有钢筋混凝土协同工作，改善了加固构件的受力性能，增强了构件的抗裂抗剪能力，到达了补强加固的目的。因此，粘结剂对碳纤维布的加固起着至关重要的作用。?
3.3碳纤维加固的特点。?h
粘贴碳纤维布复合材料加固桥梁，与粘贴钢板加固相比，具有如下优点：?
（1）施工方便快捷，不需要使用大型加固机具，效率高，施工速度快。?
（2）可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，延缓或消除裂缝的出现和扩展，延长结构的使用寿命。?
（3）不用打孔，不会对原结构造成新的损伤。?
（4）加固后不改变原有断面的大小和形状，外表轻巧美观。
（5）经济耐用，加固效果好，不需要后期进行维修。?
（6）由于碳纤维材料本身抗疲性能优异，用碳纤维布加固的混凝土结构的抗疲劳性能将会提高。
（7）抗腐蚀性强，应用面广，加固后的构件的耐腐蚀性和耐久性得到大大提高，可以应用于各种复杂工作环境中的构件加固。?
（8）碳纤维材料糙率低于混凝土表面糙率，在加固段可以提高水流的通过能力。?
（9）提高加固构件的抗渗能力和抗冲刷能力。?
3.4碳纤维加固的适用范围。
（1）混凝土结构抗弯、抗剪构件加固，同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。?
（2）混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。
（3）隧道、港湾设施、烟囱、厂房、仓库的加固。
（4）受碱害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。?
4.?碳纤维加固材料的分类、比较和发展状况?
4.1碳纤维加固材料的分类?
碳纤维材料包括碳纤维布和碳纤维板两种：碳纤维布是连续碳纤维单向或多向排列，未经树脂浸渍的布状制品；碳纤维板材是连续碳纤维单向或多向排列，并经树脂浸渍固化的板状制品。?
4.2碳纤维加固材料的比较。?
下面对于两种加固材料的物理性能进行一些对比（见表1、表2）。?
4.2.1在施工方面，与碳纤维布相比，碳纤维板具有以下优点：?
（1）施工方便，施工质量更容易保证。?
（2）强度高，1层1.2mm厚板相当于10层碳纤维布作用。?
（3）碳纤维板比碳纤维布容易保持纤维顺直，更有利于碳纤维发挥作用。?
（4）碳纤维板材更适用于预应力加固方式，能更加充分发挥碳纤维高强度作用。?
（5）纤维板与纤维布相比，更适合于砖混结构的墙体加固。?
4.2.2与碳纤维布相比，碳纤维板具有如下的缺点：?
（1）碳纤维布适用范围更广，能够任意裁剪，加固各种形状（圆形或复杂曲面）的结构。?
（2）价格昂贵，限制了碳纤维板的应用。?
5.?碳纤维施工工艺要点?
碳纤维加固施工工艺流程：混凝土构件表面处理→涂刷底胶→粘贴碳纤维→涂刷保护胶→养护→涂装。?
施工工工艺流程要点：?
（1）清除待加固构件混凝土表面的风化层，并凿毛，露出新茬，施工面总体上要求平整、干净。?
（2）将界面树脂均匀地涂刷在施工面上，不可遗漏，待不粘手时，用修平树脂找平施工基面；修平树脂不粘手时，在施工基面上均匀地涂刷浸渍树脂，厚度为3mm～5mm，要全部盖住施工基面。
（3）粘贴碳纤维材料之前，首先应先确认粘贴表面干燥；粘贴时，在碳纤维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材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。?
（4）确认碳纤维与树脂之间无空气后，在碳纤维上均匀涂一层浸渍树脂，厚度一般为1mm～2mm。
（5）粘贴碳纤维材料后，需要自然养护1～2小时，达到初期固化，并要保证固化期间不受到外界碰撞和干扰。
（6）养护7天后，表面涂刷具有抗老化及耐腐蚀性能的防护层，很后做表面装饰层，使其与周围的混凝土相一致。
6.?结语
碳纤维材料具有很多独特的性能和优点，产生的综合经济效益和社会效益都很好，具有广阔的应用前景，值得大力推广。但任何事物都有其局限性，比如碳纤维材料不能承受抗压。因此在进行桥梁加固时，我们要充分考虑建筑物的性能和补强的需要，做出科学的选择。
粘贴碳纤维?
确认粘贴表面干燥，施工时应保证相对湿度rh＜70%；而相对湿度rh＞70%、气温<10c0、雨天或可能结雾时不得施工。?为了防止碳纤维受损，碳纤维在运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受到弯折。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用量确定。?粘贴碳纤维时，应根据设计位置由上而下，由左至右有序的粘贴，并用滚筒挤压贴面，使碳纤维与碳纤维胶充分结合，同时以压板、滚筒排除气泡。?胶液的主剂和固化剂应按产品说明比例乘量准确，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完。?粘贴前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用碳纤维胶。?粘贴时，在碳纤维和碳纤维胶之间尽量不要有空气。可用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使碳纤维胶渗浸进碳纤维中。?碳纤维施工30分钟后，用滚筒刷均匀涂抹粘贴用碳纤维胶。?如碳纤维施工不符合质量标准，则需进行相应处理。碳纤维与混凝土之间的粘结质量，可用小锤轻敲或手压碳纤维片材表面的方法进行检查，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时，可采用针管注胶的方法进行修补；当空鼓面积大于10000mm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接上等质量碳纤维片材，搭接长度不小于150mm。
碳纤维加固混凝土开裂采用碳纤维加固补强
一.裂缝原因分析：
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设计钢筋和施工时陪筋不够。
主体结构施工，当楼层砼浇筑完毕不足24小时的养护时间就忙于钢筋、砖块等材料的吊运施工。在强度不足的情况下受材料吊卸冲击震动载荷的作用下而引起不规则的受力裂缝。并且这些裂缝一旦形成就难以闭合，形成永久性裂缝。
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二．材料的选择：
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?一般砼裂缝修补采用表面修补法，壁可注入法，结构补强法等处理方案，但考虑到该裂缝处于顶层，遇冷热交替、季节变更裂缝更容易出现扩大变形；再则从耐久性来说，此处是外界侵蚀性介质进入砼的通道给结构的耐久性造成隐患。为稳妥？理该裂缝，确保结构加固的安全、可靠、可行和经济。
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三．施工操作：
1.施工准备:
(1)认真阅读设计图纸,根据实际情况拟定施工计划,备齐施工所需的各种材料及机具。
(2)应对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前的准备工作。
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2.查找裂缝；
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3.表面清理:
(1)沿现浇板裂缝左右两边各打磨出30mm的空间，使之露出砼结构层后，用高压风机将表面清理干净并保持干燥。
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(2)应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、等劣化混凝土，露出混凝土结构层。
(3)被加固构件表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。并用修复材料将表面修复平整。
(4)应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
(5)表面打磨后，应用强力吹风器或吸尘器将表面粉尘清除，并保持干燥。
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?4.配制并涂刷底层树脂：
（1）配置,涂刷底胶按主剂：固化剂=2：1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用弹
簧秤计量,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。用滚筒刷
将底胶均匀涂刷于混凝土表面,待胶固化后再进行下一工序施工。一般固化时间为2~3d。
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（2）配置找平胶（fe胶）并找平面层混凝土盖板表面凹陷部位用fe胶填平,模板接头等
出现高度差的部位应用fe胶填补,转角处用fe胶修补成光滑的圆弧,半径不小于10mm。
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5.粘贴碳纤维片材按尺寸裁剪碳纤维布,调配,搅拌粘贴碳纤维材料的加固专用胶（fr胶）,搅拌至色泽均匀,然后用滚筒刷均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接,混凝土拐角等部位多涂刷一些,在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸,将碳纤维布拉紧展平并铺在涂有fr胶基面上,用特制滚子反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使fr胶充分浸透碳纤维。碳纤维沿纤维方向的搭接长度不小于100mm,碳纤维端部固定用横向碳纤维固定。多层粘贴重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥进行下一层的粘贴。在很后一层碳纤维的表面均匀涂抹fr胶。其厚度为1~2?mm。
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6.饰面处理：待粘贴碳纤维布固化后即进行抹灰，并刷同室内型号一致的内墙涂料。
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7.在施工后3-5天左右（视施工现场温度以及固化的情况而定）可进行很后表面找平修补。
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四．总结：
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?碳纤维布作为一种新型加固材料，能够粘贴于任意形状的构件表面并对原有结构尺寸无影响，具有轻质高强耐，易操作，施工周期短，适应性强等优点，加固的工程中再次运用了这项技术,也取得了良好的效果。因此该项技术具有重要的社会意义,并蕴藏着巨大的经济效益。采用碳纤维加固修补混凝土结构具有广阔的应用前景。
4.碳纤维布加固旧桥施工工艺与要求?
4．1?施工工艺?
4．1．1施工前的准备作业?
4．1．2基面处理．?
(1)混凝土表面的劣化层(如浮浆、风化层等)要用砂轮机进行清除和打磨；?
(2)基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理：?
(3)裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补。?
4.1.3基面的清洗?
(1)先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘；?
(2)用水或无水酒精擦试表面，也可用清水冲洗，但必须保证其充分干燥后才能进行下一道工序的施工。?
4.1.4涂刷底胶?
(1)按比例准确配制好底胶并搅拌均匀，对已失效的坚决不能使用，以确保粘接质量；?
(2)用滚筒或刷子均匀地涂抹在基面上，粘度较高，不能涂得太厚；?
(3)底胶硬化后，在表面有凸起部分时，应除去重涂；?
(4)待底胶指触干燥后，进入下道工序。?
4．1．5粘贴面的修补?
注意一次调和量在可使用时间内用完，超过时间的绝不能使用，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，粘贴面要剐磨光机或砂纸打光。?
(1)若发现粘贴面上有凹凸部位，应用找底胶进行修补，保证粘贴面的平整，以确保加固效果。?
(2)待找平胶指触干燥后进人下一道工序。?
4．1．6粘贴碳纤维布?
(1)在待粘贴面上划出各层位置；?
(2)依设计尺寸裁剪碳纤维布，应根据现场施工经验和作业空间确定下料长度，若需要进行接长时，接头的长度应根据实际情况而定，一般不得小于15cm；?
(3)下料数量应以当天能用完为准；?
(4)粘贴碳纤维布时，应依设计位置由上而下，由左至右有秩序地粘贴，并以滚筒压挤贴片，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，同时以压板去除气泡；?
(5)即时观察贴片是否粘贴密实，若发现有间隙或气泡，应及时处理。?
4．1．7罩面防护处理?
(1)粘贴完碳纤维布后，即时在其表面再直横均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干；?
(2)确保贴片表面已充分风干结合后，在其整体涂抹罩面胶或采取其它措施处理，以保证各层胶的耐久性。?
4．2粘贴施工要求?
4．2．1?对被加固陶件的整面要求?
?因为用碳纤维布加固混凝土构件是依赖于碳纤维布与构件表面的粘贴效果，所以要求基面的混凝上强度等级不低于c15。同时要求砼加固构件应具有较好的保护层，即基面平整且具有一定强度。对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复，并应将粘贴基面打磨平整、清理干净，且不应存在尖锐楞角和浮灰粉尘，防止碳纤维布的局部剥断破坏和粘贴失效。?
4．2．2碳纤维布的粘贴?
?用碳纤维布加固混凝土构件宜采用薄布多层的粘结方法，使其与粘结材料充分浸润，确保粘结效率。对于受弯构件宜在受拉区沿轴向平直粘贴碳纤维布进行加固补强，并在主纤维方向的断面端部进行附加锚固处理．。?
4．2．3碳纤维布的搭接与截断?
?加固用的碳纤维布一般不宜采取沿主纤维方向的搭接，尤其是对受拉构件和受弯构件受拉区的加固。根据国内外对碳纤维布与混凝土间粘结锚固的试验结果，粘结应力主要集中于端部100mm范围内，粘结破坏是脆性的，且粘结应力一般不会产生扩展。因此，若碳纤维布确需搭接时，其搭接部位应避开构件应力很大区段，搭接长度不应小于15cm，且搭援端部应平整无翘曲。多层搭接的各层接口位置不应在同一截面，每层接口位置的净距宜大于200mm。?
4．2．4施工时其它应注意的事项?
(1)现场气温低于5℃及雨天或可能结露时，应停止施工；?
(2)在施工现场，应做好防火等安全措施；?
(3)各种胶粘附在皮肤上时，要用肥皂水冲洗，特别是进入眼内，要立即用水冲洗，或接受医生诊治。?
4．2．5加固所用的碳纤维布及其配套粘结材料均应有厂家所提供的材料检验证明和合格证。
1、工程概况?
?南宁至梧州二级公路贵港段车流量大，重载车多，经过长期运营，部分桥梁出现了不同程度的病害，影响到桥梁的正常使用，其中多座桥梁出现了板底碱蚀横裂缝。经调查研究设计后，维修加固方案确定采用在板底粘贴碳纤维布的方法。?
2.材料?
2.1碳纤维?
?碳纤维根据原料及生产方式的不同分为聚丙烯腈(pan)基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维成品可以制成不同的型材，如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等，可根据不同工程的不同部位和需要进行选择。在加固工程中应用很普遍的还是碳纤维布(片材)。表1列出了中国《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程)(cecs1．46----2010)规定的碳纤维布的主要力学性能指标。
2.3碳纤维布的加固原理?
?粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结材料将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，以提高结构构件的承载(抗弯、抗剪)能力。用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度约为普通钢材的10倍。但碳纤维材料织成碳纤维布后，碳纤维丝很难完全共同工作，在承受荷载时，各碳纤维丝先后达到抗拉极限并逐渐断裂，直至整体破坏，而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高了碳纤维布的抗拉强度。因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键作用。
很早进行cfrp加固构件的火灾试验是由瑞士deuring教授l5?于1994年完成的，在is0834标准升温条件下进行6根cfrp加固混凝土梁的对比试验，1根未加固，1根粘钢加固，1根采用普通胶粘贴的cfrp板加固梁(无防火保护)、2根采用普通胶粘贴的cfrp板加固梁(有防火板保护)、1根采用耐热粘贴剂粘贴的cfrp板加固梁。试验结果表明，粘钢加固梁受火后7～9min粘结失效；无防火保护的cfrp加固混凝土梁在81min后失效，而采用40mm厚防火板进行防火保护的cfrp加固混凝土梁，混凝土和碳纤维粘结处在很长时间内处于低温状态，cfrp材料大约在lh左右达到玻璃化温度。其耐火极限能够达到146min，是未经过防火保护的1．8倍。随后，ghent?university的blontrock等人?进行了一系列加固梁的耐火试验。试件矩形梁采取了相应的防火保护措施，每根梁的保护厚度、位置(在底部或侧面)、防火板锚固方式(粘贴或机械锚固)、长度(通长或仅仅在锚固区)各不相同。试验研究表明，一根采用粘贴硅钙板保护梁在受火7min后，其粘结失效，而采用机械锚固的梁在受火45min后粘结失效。研究还表明，u型(梁底和两侧)防火保护为cfrp加固梁提供更好的耐火性能，降低了cfrp材料和钢筋火灾下的温度，从而降低了构件的整体挠度。blontrock等人?还进行了cfrp加固混凝土板的火灾试验，采取矿毛绝缘纤维(rockwoo1)和粘贴石膏板进行防火保护，试验后55min左右cfrp和混凝土的粘结丧失(此时胶粘剂温度为47～63℃)。
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