摘要：主要介绍碳纤维布加固技术在水利工程补强加固中的应用，从碳纤维布加固技术在混凝土表面补强、结构加固和旧危水利涵洞工程中的应用为例进行讨论，并重点介绍碳纤维布加固施工工艺，保证水利工程修补加固质量与施工过程的安全，提高水利工程补强加固的效果。
关键词：碳纤维；加固技术；水利工程；质量控制
1、概述
碳纤维加固技术最早出现在德国瑞士，20世纪80年代后碳纤维复合材料应用到加固混凝土结构中，碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术将碳纤维应用于土木工程，使用树脂材料黏贴碳纤维在结构表面，形成复合材料，和结构形成统一的结构体系，实现对结构补强加固和力学性能的改善。在水利工程混凝土结构加固中使用的碳纤维材料主要有碳纤维配合两种树脂，其碳纤维的抗拉强度是建筑钢材的几十倍，弹性模量相当于钢材，因此，该新型碳纤维加固修补技术相对于传统的加固方法，有着较高的强度和弹性模量，施工便捷、周期短，无需大型的加压设备，并且碳纤维厚度小，不会对加固结构物结构产生很大的尺寸变化，更不会产生附加荷载，耐腐蚀性强，根据碳纤维材料的特点使碳纤维加固技术被广泛的应用于水利工程中，取得了较好的效果。
关键词：碳纤维；加固技术；水利工程；质量控制
1、概述
碳纤维加固技术最早出现在德国瑞士，20世纪80年代后碳纤维复合材料应用到加固混凝土结构中，碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术将碳纤维应用于土木工程，使用树脂材料黏贴碳纤维在结构表面，形成复合材料，和结构形成统一的结构体系，实现对结构补强加固和力学性能的改善。在水利工程混凝土结构加固中使用的碳纤维材料主要有碳纤维配合两种树脂，其碳纤维的抗拉强度是建筑钢材的几十倍，弹性模量相当于钢材，因此，该新型碳纤维加固修补技术相对于传统的加固方法，有着较高的强度和弹性模量，施工便捷、周期短，无需大型的加压设备，并且碳纤维厚度小，不会对加固结构物结构产生很大的尺寸变化，更不会产生附加荷载，耐腐蚀性强，根据碳纤维材料的特点使碳纤维加固技术被广泛的应用于水利工程中，取得了较好的效果。
2、碳纤维布加固施工的特点
2.1不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布的自重仅为200-300g/㎡，设计厚度为0-111mm或0-167mm，环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及结构净空的影响很小，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴，根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。
2.2适应不同构件形状，成型方便
斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，而采用碳纤维布补强法，因碳纤维布具有随形性极强的特点，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，能产生巨大的社会效益及经济效益。碳纤维布加固方法
2.3施工简便
当作业空间受到限制时，碳纤维布加固方法是可优先选择的一种方法。该加固技术施工工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，施工时所需工作面小，施工作业空间不受限制。
2.4对原结构不产生损害
2.1不增加恒载及断面尺寸
碳纤维布的自重仅为200-300g/㎡，设计厚度为0-111mm或0-167mm，环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及结构净空的影响很小，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴，根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。
2.2适应不同构件形状，成型方便
斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，而采用碳纤维布补强法，因碳纤维布具有随形性极强的特点，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，能产生巨大的社会效益及经济效益。碳纤维布加固方法
2.3施工简便
当作业空间受到限制时，碳纤维布加固方法是可优先选择的一种方法。该加固技术施工工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，施工时所需工作面小，施工作业空间不受限制。
2.4对原结构不产生损害
碳纤维布加固补强是采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起新的问题。
2.5能有效地封闭混凝土裂缝
碳纤维布（片）粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强度高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
2.6碳纤维布具有优良的耐腐蚀性
碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性，并且具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其他方法更显出其优越性。
2.7不影响结构的外观质量
碳纤维布的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜一致的涂料，而不影响结构的外观质量。
3、主要施工工艺
2.5能有效地封闭混凝土裂缝
碳纤维布（片）粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强度高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。
2.6碳纤维布具有优良的耐腐蚀性
碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性，并且具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其他方法更显出其优越性。
2.7不影响结构的外观质量
碳纤维布的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜一致的涂料，而不影响结构的外观质量。
3、主要施工工艺
水利涵洞工程修建完成后，在运行使用过程中，长期被水流冲刷、磨损、气蚀，容易造成结构出现裂缝、渗漏、老化等问题，对结构的安全性和耐久性参生很大的影响，若采用传统的加固技术（如：喷混凝土、挂网浇筑混凝土）进行修补处理，修补加固难度大，施工周期长，成本高，修补加固完成后，投入运行使用一段时间仍需要进行继续加固，从而形成一种恶心循环，修补加固过程安全及质量控制难以得到保障，而采用碳纤维加固技术进行水利涵洞工程修补加固，根据碳纤维布加固施工的特点，则有着传统修补加固技术无法比拟的优势。因此，就以水利工程旧危涵洞修补加固为例进行阐述碳纤维布加固技术的施工方法。
3.1工艺流程
施工准备→支撑加固→基层处理→涂底层树脂→平→涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维布→表面防护处理→拆除支撑
3.2具体施工过程
3.2.1施工准备
（1）材料检验和试验
材料的采购进场必须随货附带有产品出厂合格证和出厂检验报告，以初步判断该材料是否满足本加固工程的质量要求。材料进场后应立即抽样送检，待检验合格后方可投入使用。
3.1工艺流程
施工准备→支撑加固→基层处理→涂底层树脂→平→涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维布→表面防护处理→拆除支撑
3.2具体施工过程
3.2.1施工准备
（1）材料检验和试验
材料的采购进场必须随货附带有产品出厂合格证和出厂检验报告，以初步判断该材料是否满足本加固工程的质量要求。材料进场后应立即抽样送检，待检验合格后方可投入使用。
（2）、测量放线
根据加固设计图纸的要求，在需粘贴碳纤维布的混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置。
（3）、施工机具准备
①支撑设备：液压千斤顶、方木、电锤、污水泵
②碳纤维布加固施工需要使用的机具：砂轮机、搅拌器、称量器、刮刀、滚筒、油刷、壁纸刀等。
3.2.2支撑加固
在涵洞修补加固前，需先采用污水泵进行排水作业，待水位降至可施工水位，并根据施工现场的实际情况，再利用液压千斤顶将涵洞支撑加固，起到卸除荷载的作用，确保支撑加固过程安全控制。
3.2.3基面处理
碳纤维布加固结构物前，应对原混凝土表面的劣化层（如浮浆、风化层等）用砂轮机进行清除和打磨，错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理。基面要清洗，用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘，用丙酮或无水酒精擦试表面，也可用清水
根据加固设计图纸的要求，在需粘贴碳纤维布的混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置。
（3）、施工机具准备
①支撑设备：液压千斤顶、方木、电锤、污水泵
②碳纤维布加固施工需要使用的机具：砂轮机、搅拌器、称量器、刮刀、滚筒、油刷、壁纸刀等。
3.2.2支撑加固
在涵洞修补加固前，需先采用污水泵进行排水作业，待水位降至可施工水位，并根据施工现场的实际情况，再利用液压千斤顶将涵洞支撑加固，起到卸除荷载的作用，确保支撑加固过程安全控制。
3.2.3基面处理
碳纤维布加固结构物前，应对原混凝土表面的劣化层（如浮浆、风化层等）用砂轮机进行清除和打磨，错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理。基面要清洗，用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘，用丙酮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。
3.2.4涂刷底胶
在处理好的混凝上表面上，涂一层很薄的底层胶，底层胶浸入混凝土表面，强化混凝土表面强度，并改进胶接性能，使混凝土与碳纤维布之间的粘接性提高。
底层胶应按比例准确配制并搅拌均匀，一次调和量须一次使用完毕，超过时间不能使用，以确保粘接质量。用滚筒或刷子将底胶均匀地涂抹在基面上，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，胶的粘度较高，不能涂得太厚。待底胶指触干燥后，进入下一道工序。
3.2.5平修补（平胶）
碳纤维布与混凝土表面紧密接触，才能产生良好的补强效果。如混凝土表面有锐利突起物、错位和转角部位等都可能损伤碳纤维布，并引起强度降低。混凝土表面小的模板错位及混凝土气孔很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此，在涂敷的底层涂料指触干燥后，必须用平胶进行平。
平胶应易于操作，且不随时间的延长出现明显的变形，防止胶的滴挂。一般的普通环氧树脂的粘接强度和强韧性都达不到平胶的要求，不应调配使用。待平胶指触干燥后进
3.2.4涂刷底胶
在处理好的混凝上表面上，涂一层很薄的底层胶，底层胶浸入混凝土表面，强化混凝土表面强度，并改进胶接性能，使混凝土与碳纤维布之间的粘接性提高。
底层胶应按比例准确配制并搅拌均匀，一次调和量须一次使用完毕，超过时间不能使用，以确保粘接质量。用滚筒或刷子将底胶均匀地涂抹在基面上，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，胶的粘度较高，不能涂得太厚。待底胶指触干燥后，进入下一道工序。
3.2.5平修补（平胶）
碳纤维布与混凝土表面紧密接触，才能产生良好的补强效果。如混凝土表面有锐利突起物、错位和转角部位等都可能损伤碳纤维布，并引起强度降低。混凝土表面小的模板错位及混凝土气孔很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此，在涂敷的底层涂料指触干燥后，必须用平胶进行平。
平胶应易于操作，且不随时间的延长出现明显的变形，防止胶的滴挂。一般的普通环氧树脂的粘接强度和强韧性都达不到平胶的要求，不应调配使用。待平胶指触干燥后进
入下一道工序。
3.2.6粘贴碳纤维布
（1）裁剪碳纤维布
将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，纤维布在纵向需搭接时，搭接长度须在150mm以上。切口要求整齐，切口与碳纤维布的横向编织丝重合时，应该将切口适当平移，否则碳丝散开，影响施工质量。
（2）涂刷第一层浸润胶
平胶表面指触干燥后开始涂刷第一层浸润胶，将配制好的浸润胶均匀涂抹于所要粘贴的混凝土基层，用橡胶刮板均匀抹平。浸润胶的用量视混凝土表面的状况不同斟酌使用，需避免浸润胶过量而导致碳纤维布滑移或扭曲，或浸润胶不足导致含浸不足。
（3）粘贴碳纤维布
将预先剪好的碳纤维布铺到涂有浸润胶的混凝土面上，一边铺一边用脱泡滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，以去除气泡。在整段碳纤维布完全贴合到混凝土表面之后，再用脱泡滚筒反复碾压，以充分含浸树脂和除去纤维丝之间的空气。注意不要使纤维布出现扭曲、起皱或毛刺，并要确保排除气泡，使浸润胶完全浸透纤维丝。如果所贴合的碳纤维布表面呈现很
3.2.6粘贴碳纤维布
（1）裁剪碳纤维布
将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，纤维布在纵向需搭接时，搭接长度须在150mm以上。切口要求整齐，切口与碳纤维布的横向编织丝重合时，应该将切口适当平移，否则碳丝散开，影响施工质量。
（2）涂刷第一层浸润胶
平胶表面指触干燥后开始涂刷第一层浸润胶，将配制好的浸润胶均匀涂抹于所要粘贴的混凝土基层，用橡胶刮板均匀抹平。浸润胶的用量视混凝土表面的状况不同斟酌使用，需避免浸润胶过量而导致碳纤维布滑移或扭曲，或浸润胶不足导致含浸不足。
（3）粘贴碳纤维布
将预先剪好的碳纤维布铺到涂有浸润胶的混凝土面上，一边铺一边用脱泡滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，以去除气泡。在整段碳纤维布完全贴合到混凝土表面之后，再用脱泡滚筒反复碾压，以充分含浸树脂和除去纤维丝之间的空气。注意不要使纤维布出现扭曲、起皱或毛刺，并要确保排除气泡，使浸润胶完全浸透纤维丝。如果所贴合的碳纤维布表面呈现很
明显的扭曲、起皱或隆起，则必须将该纤维布揭起重铺。
（4）涂刷第二层浸润胶
碳纤维布浸透刮平后，需再涂一层浸润胶，用橡胶刮板、脱泡滚筒重复以上操作，务必使碳纤维布含浸完全，同时除去所有的气泡和多余树脂。如果发现有浸润胶未浸透的部分，要注意加强滚压，滚压时不得损伤碳纤维布。
（5）需要粘贴两层以上纤维布时，重复（2）-（4）工序的操作，间隔时间应保证在12h以上，多层粘贴时碳纤维布的搭接位置要相互错开。
3.2.7表面防护处理
粘贴完碳纤维布后，立即在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂，待其表面充分风干结合后，涂抹罩面胶或采取其他措施处理，以保证各层胶的耐久性。
罩面胶主要保证施工表面美观和保护碳纤维布。只要材料能涂敷在碳纤维布表面，不脱层，不掉落，能长期在冷热干湿的空气中稳定即可，防止复合材料被紫外线直接照射。
3.2.8拆除支撑
待碳纤维布加固施工完成，强度达到设计要求后，方可进行拆除支撑加固设施。
4、质量控制措施
（4）涂刷第二层浸润胶
碳纤维布浸透刮平后，需再涂一层浸润胶，用橡胶刮板、脱泡滚筒重复以上操作，务必使碳纤维布含浸完全，同时除去所有的气泡和多余树脂。如果发现有浸润胶未浸透的部分，要注意加强滚压，滚压时不得损伤碳纤维布。
（5）需要粘贴两层以上纤维布时，重复（2）-（4）工序的操作，间隔时间应保证在12h以上，多层粘贴时碳纤维布的搭接位置要相互错开。
3.2.7表面防护处理
粘贴完碳纤维布后，立即在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂，待其表面充分风干结合后，涂抹罩面胶或采取其他措施处理，以保证各层胶的耐久性。
罩面胶主要保证施工表面美观和保护碳纤维布。只要材料能涂敷在碳纤维布表面，不脱层，不掉落，能长期在冷热干湿的空气中稳定即可，防止复合材料被紫外线直接照射。
3.2.8拆除支撑
待碳纤维布加固施工完成，强度达到设计要求后，方可进行拆除支撑加固设施。
4、质量控制措施
水利工程旧危涵洞修补加固施工，采用碳纤维布加固技术进行施工，该施工工艺相对比较简单，但对施工过程要求较严，对施工人员的素质要求较高。在实际施工中应特别注意以下工序的质量控制：
（1）施工时应注意碳纤维布与混凝土表面必须打磨平整，清理干净；转角粘贴处应打磨成圆弧状（R≥20mm），保证碳纤维布与混凝土良好粘结，形成一个复合体，共同抵抗外力作用。表面污物浮浆没去除干净或不够平整、错台的，将严重影响碳纤维布复合层与混凝土之间的正拉粘结强度，直接影响施工质量和加固效果。
（2）施工温度原则上要在5℃以上条件下进行，应尽量避免阴雨天气施工。温度低时不易固化，湿气太大将导致树脂与水气产生作用而干扰胶化过程。
（3）混凝土打磨的范围要大于碳纤维布的宽度，一般比碳布宽20mm；对于出现裂缝可采用注入结构胶来修复，对钢筋外露锈蚀处，必须对钢筋进行除锈，然后进行断面修复。
（4）碳纤维配套树脂的配制须由专人负责，按主剂：硬化剂（质量比）的比例准确称量，先对主剂搅拌，再把固化剂加入，进行搅拌约3分钟，直至呈现均一颜为止。
（5）涂刷第二层浸润胶时，只能单方向涂刷，不能来回涂刷，否则将影响碳纤维丝受力的均匀性。同时加强滚压，确保没有空鼓，如有空鼓时采用针管注胶等方法修补。
（1）施工时应注意碳纤维布与混凝土表面必须打磨平整，清理干净；转角粘贴处应打磨成圆弧状（R≥20mm），保证碳纤维布与混凝土良好粘结，形成一个复合体，共同抵抗外力作用。表面污物浮浆没去除干净或不够平整、错台的，将严重影响碳纤维布复合层与混凝土之间的正拉粘结强度，直接影响施工质量和加固效果。
（2）施工温度原则上要在5℃以上条件下进行，应尽量避免阴雨天气施工。温度低时不易固化，湿气太大将导致树脂与水气产生作用而干扰胶化过程。
（3）混凝土打磨的范围要大于碳纤维布的宽度，一般比碳布宽20mm；对于出现裂缝可采用注入结构胶来修复，对钢筋外露锈蚀处，必须对钢筋进行除锈，然后进行断面修复。
（4）碳纤维配套树脂的配制须由专人负责，按主剂：硬化剂（质量比）的比例准确称量，先对主剂搅拌，再把固化剂加入，进行搅拌约3分钟，直至呈现均一颜为止。
（5）涂刷第二层浸润胶时，只能单方向涂刷，不能来回涂刷，否则将影响碳纤维丝受力的均匀性。同时加强滚压，确保没有空鼓，如有空鼓时采用针管注胶等方法修补。
（6）混凝土表面打磨时，室内粉尘浓度较高，操作人员要戴防尘口罩和防尘眼镜，并且采取撒水等降尘措施。
作者简介：
颜其才，男，汉族，生于1978年11月，高级工程师，现任职中国水利电第五工程局有限公司第二分局总经济师。
作者简介：
颜其才，男，汉族，生于1978年11月，高级工程师，现任职中国水利电第五工程局有限公司第二分局总经济师。
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