碳纤维加固施工方案
一、工程概况：
1． 工程名称：XX碳纤维加固工程
2． 建设单位：XXX
3． 施工单位：XXXX
4． 工程加固说明：
本工程采用UT70—30 东丽碳素纤维布，将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强片材（单向连续纤维片）；用环氧树脂粘结剂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。
二、施工方案
1．胶粘剂的配置 ：
1）、将原材料按不同配合比称量准确，分别配置底涂胶料、整平胶料及粘结胶料。先将稀释剂加入聚合物主料内搅拌均匀，再将填料加入继续搅拌至均匀，最后加入固化剂，充分搅拌后即可使用。
2）、 配置胶料时应注意以下事项：底涂胶料每次配置量以1－2公斤为宜；整平胶料每次配置量以0.5－1公斤为宜；粘结胶料每次配置量以1－2公斤为宜。
3）、所有胶料要求于1小时内施工完毕。
2．基底处理
1)、混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
2)、裂缝部位，如有必要应先进行封闭处理。
3)、用混凝土角磨机、砂轮（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，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R³ 10mm）。
4)、用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。使用中国建科院研制生产EC高强度聚合物砂浆修补表面凹陷底部分。
3． 涂底胶
1）、按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。
2）、用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。
4、用整平胶料平
1）、混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平，模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补，尽量减少高差。
2）、转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。
3）、整平胶料须固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），方可再进行下一道工序。
5、粘贴碳纤维布
1）、按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度应在3m以内。
2）、配置、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。
3）、用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。
多层粘贴应重复以上步骤，待纤维表面指触感干燥为宜，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。
4）、在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
4.4、地面恢复：因原地面未配筋，所以用人工搅拌1:2水泥砂浆（掺5％107胶，为保持新旧砼接缝处结合好，掺用UEA膨胀剂）即可，地面面层用铁抹压光恢复。
6、质量保证措施：
1）、对于砼工程，应振捣密实，面层平整，砂浆拌制严格按照设计配比，杜绝偷工减料现象发生。
2）、碳纤维粘贴工程：碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm。粘贴碳纤维布应尽量避开障碍物，如遇无法清除的障碍物而需截断时，在截断部位要予以适当处理，具体措施应视不同情况而定。
3）、碳纤维材料方面的可靠保证
碳纤维片具有极佳的力学性能，是与它自身的材质属性、成片加工工艺密不可分的。目前，国产碳纤维片与进口碳纤维片之间从质量、性能及生产工艺上，都存在着较大的差异，具体表现为：
（1）材料的匀质性：碳纤维束只有分布排列均匀，加工成片后才能起到整体均匀受力的作用；若才只得匀质性不好，则构件受力后导致纤维片局部受力不均，使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。因此，材料的匀质性问题，是目前国产碳纤维片提高质量所待解决的关键性问题。
（2）碳纤维片中预浸树脂的含量：我们用于结构补强的碳纤维片是含有预浸树脂的。其作用是使纤维之间相互约束、相互粘结成为共同受力的整体，但其含量过多、浸渍过厚，却无益于修复、补强。因为碳纤维补强混凝土结构是靠上涂及下涂环氧树脂对碳纤维片的反复渗透来完成的。如果纤维片中预浸树脂的含量过多，则粘贴碳纤维片时树脂的渗透效果就比较差，直接影响施工质量。目前国产材料在控制低预浸树脂含量方面与国外产品相比仍有较大差距。
（3）碳纤维的段丝率：由于纤维丝很细，只
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碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨
徐洪平
1、碳纤维布结构加固技术简介
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。
碳纤维增强聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer简称CFRP，也称为碳纤维增强塑料）是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、自重轻（约200g/m2），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；d、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好；e、施工工期短（本工程实例仅用一周）；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
2、碳纤维布加固的原理
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，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，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
3、工程概况
某制药厂保太松车间建于1984年，因长期受腐蚀性气体的侵蚀，三根薄腹梁下弦混凝土与钢筋均遭受严重腐蚀，导致保护层混凝土开裂、酥松、剥落，下弦钢筋锈蚀、剥落，钢筋受力截面削弱，危及结构安全，影响工人的生产情绪；经与设计人员一起进行分析比较，选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀，延长梁的使用寿命。
4、碳纤维布加固的依据及前提
4.1碳纤维布加固的依据
⑴某制药厂提供的保太松车间图纸。
⑵屋架的腐蚀情况。
⑶薄腹梁的实际检测强度。
⑷《混凝土结构加固技术规程》。
4.2碳纤维布加固的前提
首先，利用回弹法对薄腹梁混凝土进行检测，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、钢筋的腐蚀情况，考虑提高下弦的抗拉强度等级，为此，将610mm宽的T700S型碳纤维布裁成两半，分两层粘贴在下弦的底面及两侧（薄腹梁下弦宽度为200mm），加固后，相当于增加原受拉钢筋面积的46%，弥补了由于原钢筋锈蚀而造成的截面削减，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。
4.3碳纤维布的设计
因梁底宽度为200mm，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下弦的受拉范围，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及两面侧边（两侧边高度为50-55mm），应注意：转角处须处理成圆角（R≥10mm）。
碳纤维布加固方法5、碳纤维布加固的施工
5.1施工准备
5.1.1施工材料的准备
辽宁省建设科学研究院生产的JGN-C胶（底胶）及JGN-P胶（粘着胶），T700S型碳纤维布。
5.1.2辅助材料的准备
专用滚筒，刮板，角向磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。
5.1.3搭设脚手架
按安全规程要求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提。
5.2施工工艺
⑴把屋架下弦被腐蚀部位的疏松混凝土凿掉，把锈蚀的钢筋用钢丝刷刷掉被锈蚀层。
⑵补粉凿除的混凝土梁 用SJ-601防腐砂浆补粉凿除的混凝土梁（对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复），并养护三天。
⑶用压缩空气将表面浮尘清除干净[未凿部位（需加固处）用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、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]，用丙酮将需粘贴处清洗干净。
⑷涂底胶 将JGN-P胶甲乙组分按需按3：1的重量称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它均匀地涂在屋架底面（两侧刮150mm），待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。注意：调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。
⑸平 混凝土表面凹陷部位用修补胶（JGN-C胶掺入两倍粉料）填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补胶填补，
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碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用
　一、概述
  碳纤维单向布具有高强度、高弹性模量和耐久性好等优点。应用专用的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于砼表面，从而达到结构物加固补强效果。通过对梁、板、柱等进行加固前后大量对比试验，力学性能显著得到提高，据试验研究统计粘贴一层碳纤维单向布的梁板，其抗弯性能可提高5～8%。此技术与其他粘钢、喷射砼等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。
  美国、日本等国于二十世纪八十年代开始进行实验研究，目前已经大量使用此技术。据有关资料统计，仅日本1997年用于加固修复的碳纤维布使用量就达70万m2。我国近两年来，科研单位和院校在这方面的研究和应用做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，使工程降低了费用，同时也取得了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。
  二、立交桥改建工程设计简介
  健翔立交桥位于北京的北四环路与八达岭高速路相交处，于1998年建成。桥梁上部结构为6跨、L＝18m预应力砼简支梁。中央设隔离带，两侧为双向机动车道，两外侧为非机动车道，全宽55m。随着城市交通量的增长，立交桥现有的宽度已不能满足交通量的需要，为确保四环路成为城市快速路，需将现况桥梁向南、北两侧拓宽至72m，将现两外侧的非机动车桥改建为辅路桥，并新建非机动车桥。现况桥上部结构主梁和中墩盖梁，对应机动车道部分的荷载均按汽车—超20级、挂车—120设计，而对应非机动车道的上部结构主梁和中墩盖梁荷载均按汽车—15级、挂车—80进行设计，并且改建为辅路桥后要求荷载均为汽车—超20级、挂车—120。现非机动车桥的主梁拆除更换，但各中墩盖梁的机动车和非机动车中间未断开，为三跨一联的变截面普通钢筋砼连续结构。
  经反复核算比较，为尽量减小盖梁正负弯矩区的补强加固工作量，一方面采用了减轻桥梁自重措施，将砼桥面改为轻质(容重为19KN/m3)砼桥面，另一方面加宽中墩盖梁下墩柱宽度，盖梁的正负弯矩及剪力均相应减小，这样对应机动车部分盖梁的现钢筋配置可满足设计要求，而对应辅路(现非机动车桥)部分盖梁按现配筋其应力与设计要求相差10～15%。为节省工程投资，且根据现四环路交通不允许中断的情况，经有关部门批准，确定将全桥的5排中墩盖梁的20个正负弯矩区进行补强加固处理，全桥盖梁加固面积395m2，其具体加固位置见图。
  三、加固方案和材料的选定
  1加固方案的选定
  各中墩盖梁原设计为隐形盖梁给加固工作带来较大的困难，最早提出采用喷射钢纤维砼和外包钢板的加固方案，因主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅5cm，经计算比较与施工空间的限制上述两方案可行性较小，最后确定选用碳纤维复合材料进行补强加固。碳纤维布的极限抗拉强度高于普通钢筋的10倍以上，而弹性模量也与钢筋相近，较适合于钢筋砼结构的补强加固工程。另外施工简便，适用于要求施工周期短的加固工程。
  2材料的选定
  近二、三年来，我国引进了美国、日本生产的碳纤维复合材料，进行了一些工程的加固，并取得了较好效益，但费用高影响推广应用。近期由于国产化系列的碳纤维复合材料的出现，为该工程材料的选用奠定了基础。经比较采用北京铁华大众科技发展有限公司的碳纤维布和配套树脂，其中碳纤维布采用的是国外进口优质丝，质量可靠稳定，费用较低。产品通过国家级质检部门的严格检验，各项性能指标已达到国外同类产品的水平。下面是碳纤维单向布和配套树脂的规格及与日本同类产品(日铁系列指标)性能对比结果(见表1～5)。
碳纤维单向布性能对比表 2
碳纤维单向布的规格表 1
CFC 日铁FTS 测试方法
牌号 单位面积碳纤维布的质量g/m2 拉伸强度 MPa 3730
3930
4050 3400 非标
CFC20 200±10 拉伸模量 GPa 235 230 非标
CFC25 250±10 抗剪强度 MPa 114 非标
CFC—30 300±10 粘结强度 MPa 256 JIS K5400
注：用于加固补强
表面处理树脂性能对比表 3
SE 日铁FP—NS 方法
粘结强度 MPa 2.2 2.9 JIS K5400
注：用于被加固砼结构的表面处理
修平树脂性能对比表 4
浸渍树脂性能对比表 5
IE 日铁FE-E3P 方法
RE 日铁FE—2 方法 拉伸强度 MPa 57.5 29 JIS K7113
压缩强度 MPa 76 34 JIS K7208 拉伸模量 GPa 93.1 39 JIS K7203
抗剪强度 MPa 14.3 9.8 JIS K6850 抗剪强度 MPa 85.1 JIS K7208
粘结强度 MPa 2.1 2 JIS K5400 粘结强度 MPa 15.5 9.8 JIS K6850
注：用于砼结构表面修平 注：用于碳纤维布的粘贴、浸渍，使其与砼结合成为一个牢固整体
  通过采用上述碳纤维复合材料对钢筋梁、板和柱等构件
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结构碳纤维加固技术施工工法
1　前言
  碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国起步很晚，国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目，并在全国建筑加固与鉴定第四届学术会议上获奖。
2　特点
2.1　高强高效，适用面广，质量易保证。
2.2　施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少。
2.3　耐腐蚀及耐久性能极佳。
2.4　加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
3　适用范围
3.1　适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。
3.2　基层混凝土的强度等级不低于C15。
4　工艺原理
  加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。
5　工艺流程及操作要求
  工艺流程为卸荷→基底处理→涂底胶→平→粘贴→保护。
5.1　卸荷
  加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。
5.2　基底处理
5.2.1　混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。
5.2.2　裂缝部位应首先进行封闭处理。
5.2.3　用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、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≥10mm)。
5.2.4　用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。
5.3　涂底胶(FP胶)
5.3.1　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。一般情况下1h内用完。
5.3.2　用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后(固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为2～3d。
5.4　平
5.4.1　混凝土表面凹陷部位应用FE胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用FE胶填补，尽量减小高度差。
5.4.2　转角处也应用FE胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。
5.5　粘贴
5.5.1　按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3m之内。
5.5.2　调配、搅拌粘贴材料FR胶(使用方法与底胶FP相同)，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
5.5.3　粘贴碳纤维布，在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸，用特制滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使FR胶充分浸透碳纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
5.5.4　在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹FR胶。
5.5.5　碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm，碳纤维端部固定用横向碳纤维或粘钢固定。
5.6　保护
  加固后的碳纤维布表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护。
6　材料
  碳纤维材料(CFRP)加固修补混凝土结构所用材料主要为碳纤维材料与粘贴用树脂。
[ 样本 ] 角码、方管、矩形管
[ 样本 ] 内开、外开窗系列产品