碳纤维加固技术

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碳纤维加固是近年来美日等国家所研发的应用在土木工程中的新型补强技术。该方法采用同一方向排列的碳纤维织物,在常温下用环氧树脂胶粘贴于混凝土结构表面,利用其紧密粘着混凝土表面,使二者作为一个新的整体,共同受力,是一种非常简单且优良的加固补强方法,与传统的粘钢加固不同,碳纤维加固法在不增加（可忽略荷重）结构物的荷重的前提下达到高效补强加固的目的。

碳纤维加固技术的特点：

1、高强高效，碳纤维片（布）的抗拉强度高于普通钢板10-15倍，弹性模量与钢板接近；

2、具有良好的耐久性及耐酸碱盐各类化学介质的腐蚀，无需定期维护；

3、碳纤维片材良好的耐热和耐寒性：长期在-54℃至83℃条件下使用，强度不发生变化；

4、抗紫外线及核辐射：碳纤维布（片）的强度和粘着性在50年时间内不发生劣化，在核辐射实验室中可经受20年；

5、碳纤维加固施工简便，不受形状限制，膨化机易贴附，施工质量易保证；

6、具有良好的耐水性：在70℃条件下，浸渍3天，抗拉强度不降低；

7、符合环保要求；

8、碳纤维加固成为国际上建筑物结构补强加固新趋势。

碳纤维加固技术的适用范围：

1.碳纤维加固广泛适用于梁、板、柱等构件及曲面、节点的结构补强及抗震加固；

2.钢筋混凝土构件的裂缝补强加加固；

3.满足结构承受动静载荷的需求，如桥梁桥墩、立交横梁、桥板、桥面；

4.构件的抗弯、抗剪、抗压加固，膨化机结构体系的抗震及砌体结构的加固。

5.钢筋混凝土结构梁、板、柱、墙及节点加固，砌体结构裂缝处理，桥梁、隧道、烟囱、筒仓等构筑物加固。

碳纤维加固技术主要包括：

(1) 碳纤维布补强加固梁、板正截面承载力。

(2) 碳纤维布补强加固梁、板斜截面承载力。

(3) 碳纤维布补强加固钢筋混凝土柱正截面承载力。

(4) 碳纤维布增加钢筋混凝土柱的抗震能力。

(5) 碳纤维布修补砖房墙体的温度裂缝。

碳纤维补强加固技术的基本原理：

将抗拉强度极高的碳纤维用JH-50碳纤维胶（饱和环氧树脂）预浸成为复合增强片材(单向连续纤维片);用JH-50碳纤维胶（饱和环氧树脂粘结剂）沿受力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,使增强贴片与原有的钢筋混凝土共同受力,增大结构的抗拉或抗剪能力,提高强度、刚度、抗裂性和结构的延性。

构件受弯破坏的典型破坏形式是产生横贯受拉区的集中裂缝;而构件受拉区表面粘贴了碳纤维片后,当构件受荷载作用时,裂缝难以进一步扩展。因此,跨中的集中裂缝被“分散”成短小而细碎的裂缝并均匀地分散于构件的受拉区,使构件截面受压区高度增大,在碳纤维的增强作用下,使受弯构件的承载能力增大。

对于墩柱结构的脆断破坏主要是纵筋的细节设计不当或横向箍筋的约束不足,致使墩柱的强度与 韧性指标偏低造成的。采用在主筋或箍筋不足的断面粘贴碳纤维片和沿柱的周边环包碳纤维片。由于碳纤维的高强度、高弹性模量性能,可以有效地约束的侧向变形,提高墩柱的强度和韧性,从而提高其抗震性能。

碳纤维加固施工工艺流程：

表面处理→底胶涂布→修补找平→涂布专用接着型环氧树脂→碳纤维片贴覆→脱泡处理→涂布专用接着型环氧树脂→表面材料处理

构件及钢板表面处理 → 可能时加固件卸载 → 配粘结剂→ 涂粘结剂 → 粘贴 → 检验 → 需要时刷防护层

碳纤维修复补强混凝土结构技术在工程中的应用

1、梁、板:受弯构件拉区补强(跨中下部,连续梁、板支座上部)——通常粘贴。按需要进行设计确定粘贴层数。受拉区裂缝可在灌缝后贴碳纤维片密封,以控制裂缝的继续护展。

2、梁:抗剪补强——对于主拉应力产生的斜裂缝,在梁侧垂直轴线粘贴碳纤维片,必要时可交叉粘贴单向纤维片。

3、柱、桥墩中心受压、偏心受压、承受横向力构件中心受压构件补强——柱中部环包,增强对混凝土的约束,提高抗压强度。偏心受压构件和抗震补强——柱四面纵向粘贴抗弯补强;墩柱的塑性区域的抗弯补强; 柱受侧向力时的抗剪补强——柱端环包(相当箍筋加抗震柱结构的延性补强——抗弯、抗剪补强联合;

4、剪力墙——单面或双面沿抗剪钢筋方向粘贴碳纤维片;

5、其他结构：高耸结构:烟囱、筒仓、水塔——与墩柱受力状况及补强方式相似;水池、气罐侧壁——受补强;涵洞、隧道——异常受力状态下的抗弯、抗拉补强;

6、密封功能——缝粘贴碳纤维片,是碳纤维与混凝土共同工作,延长混凝土的构件的使用寿命。

碳纤维加固施工：

粘接碳纤维布加固： 将碳纤维布采用特制的胶粘贴到结构表面上的施工工艺。虽是一项新兴的施工技术，但目前已经得到广泛的应用。其操作过程为混凝土面打磨、碳纤维布清理、碳纤维布裁剪、碳纤维布粘贴等。碳纤维布厚度分为0.111mm和0.167mm两种，重量为 200g/㎡ 和 300g/㎡。

A、表面处理和断面修复：首先用砂轮机将被粘接结构表面处理得（如前所述）符合要求。其中如果有缺陷要修复平整，若有漏水现象需要作止水、导水等处理。总之，被粘结构表面处理的好坏直接影响加固质量。

B、底层表面的涂布及不平面修整：配制底层用胶并涂敷，根据气温及施工粘接构件的具体情况决定涂敷的厚薄，特别是冬季，气温低于 5 ℃不宜施工；雨天也不宜施工。当底层胶固化后，用磨平机将不平处磨平，为下道工序做好准备。现场要注意通风，做好劳动保护。

C、碳纤维贴片施工、固化及表面涂装：进行粘接碳纤维（已做过品质检查）时，首先根据要求剪好（或用刀割）所需尺寸，为了保管等方便一般以两米长为适。再进行粘贴，粘贴时尽量不使空气进入粘接碳纤维和胶粘剂之间，碳纤维片搭接处要留 10cm 以上。贴好一层最好放置数小时，以达到脱泡、侵润的效果。随着结构胶粘剂反应使粘度增高至固化，再涂第二层时就可达到良好的效果，冬季最好一天贴一层。在其固化时要防雨淋、防风沙。固化后根据要求进行表面涂装，完成施工。

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