碳纤维布施工技术指南
一、总则
1、碳纤维布简介
碳纤维增强塑性是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂复合而成，其力学特点是应力应变量完全线性弹性，不存在屈服点和塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能，加固混凝土构件所用的碳纤维布是有碳纤维长丝组成的柔软片材，具有强度高，自身轻，施工方便、快捷、应用范围广等，用于建筑结构加固的碳纤维具有优良的力学能力，其抗拉力度一般为建筑钢材的几十倍，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工程工作，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，各碳纤维丝能很好的共同工作，大大提高碳纤维抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使用碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此胶黏剂对碳纤维布起到的加固作用是比较关键的，它既能确保各碳纤维丝共同工作，又能同时确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固目的。因此在桥梁工程有广泛发展的前景。
2、碳纤维布加固的作用
作用是纤维材料在加固结构中承担拉应力，改善构件的受力状态，限制裂缝的产生和发展。
3、碳纤维布的应用范围和时机
当混凝土构造因为抗弯承载力不行，选用碳纤维布进行加固时，加固构造的损坏形状一方面取决于原构造的配筋状况，另一方面取决于碳纤维的用量。现假定原构造为适筋构件，则加固构造的损坏形状可分为如下三种状况。
  ⑴碳纤维用量较少。损坏时受压区边际混凝土压碎，受拉钢筋屈从，碳纤维能够到达较高的拉应变。
  ⑵碳纤维用量适中。损坏时受压区边际混凝土压碎，受拉钢筋屈从，碳纤维可到达某一中等拉应变。
  ⑶碳纤维用量较多。损坏时受压区边际混凝土压碎，受拉钢筋屈从，碳纤维应变很低。
  上述三种状况，第三种状况因为碳纤维用量大且强度利用率低，不宜选用。第一种加固办
法适用于截面高度较大的梁，第二种加固办法适用于截面高度较小的板或扁梁。这主要是因为对板或扁梁而言，在碳纤维未到达很高的拉应变时，构造就能够因为变形过大而损坏。详细界限取决于碳纤维极限拉应变和加载方法。
二、应用情况
随着我国高速公路预防性养护施工的发展，粘贴碳纤维布技术作为高速公路预防性养护最经济有效的方法，近年已受到越来越多的重视。山东高速集团自2011年开始应用碳纤维布加固技术，当年主要用于泰安大汶口桥加固。2012年，在胶州湾高速公路大修工程中也采用了此技术。
三、材料要求
1、材料要求
纤维布和粘结剂必须由供应商配套提供，碳纤维布的主要力学性能指标应满足表1的规定。                 
表1  碳纤维布的主要力学性能指标
性能
指标
抗拉强度标准值（MPa）
≥3400
弹性模量（MPa）
≥2.4×105
断裂延伸率（%）
≥1.7
注：a、抗拉强度标准值应具有95%的保证率；
    b、碳纤维布的性能指标按纤维的净面积计算。
碳纤维布的耐候性能应符合表2的规定。
表2  碳纤维布的耐候性能指标
序号
项目
指标
1
外观
无斑点、起泡、裂纹等，尺寸稳定
2
拉伸强度保持率（%）
≥95%
3
伸长率保持率（%）
≥95%
碳纤维布的耐化学药品性能应符合表3的规定。
表3  碳纤维布的耐化学药品性能指标
序号
项目
指标
1
抗拉强度保持率（%）
≥95
2
伸长率保持率（%）
≥95
环氧树脂粘结剂的主要性能应符合表4的规定。
表4  环氧树脂粘结剂的主要性能指标
性能（20℃）
环氧树脂粘结剂
剪切强度（MPa）
10-30
密度（Kg/m3）
1100-1700
抗压强度（MPa）
55-110
弹性模量(GPa)
0.5-20
破断拉应变（%）
0.5-5
剪切模量(GPa)
0.2-8
近似的断裂能（Jm-2）
200-1000
泊松比
0.3-0.4
热膨胀系数（10-6/℃）
25-100
拉伸强度（MPa）
9-30
玻璃转换温度（℃）
45-80
为了保证碳纤维布的粘贴质量，粘贴碳纤维布所用浸渍胶在使用前应对其抗压强度和与混凝土的正拉粘结强度做原材料试验，底胶做与混凝土的正拉粘结强度原材料试验。其抗压强度
应大于70MPa，与混凝土的正拉粘结强度应大于或等于2.5MPa，且不小于被加固混凝土的抗拉强度标准值ftk。
四、施工准备
粘贴碳纤维布的施工流程如下：
施工准备→砼表面处理配制并涂刷底层树脂→粘贴面平处理→碳纤维布裁剪→涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维布→表面防护
1、施工准备
（1）施工前应认真阅读设计施工图，按设计图纸在加固部位放线定位。
（2）应根据施工现场和被加固构件混凝土的实际情况，拟定施工方案和施工计划。
（3）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。
五、施工工艺流程及质量控制措施
1、混凝土表面处理
（1）应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出新鲜面。对较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
（2）检查外露钢筋是否锈蚀，如有锈蚀应进行除锈处理。
（3）对于裂缝部分，应先进行灌缝或封闭处理。
（4）被加固构件表面要打磨平整（尤其是表面的凸出部位要磨平），除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出新鲜面。转角粘贴处应进行倒角处理并打磨成圆弧形，圆弧半径不应小于20mm，并用修复材料将表面修复平整。
（5）表面打磨后，应用强力吹风器或吸尘器将表面粉尘彻底清除干净，并保持干燥。
2、配制并涂刷底层树脂
（1）应按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂；
（2）根据标准用量，算出所涂面积底层树脂用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按底层树脂规定的比例把底胶混合搅拌均匀；
（3）用滚筒刷或毛刷将树脂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。等底层树脂固化后（固化时间视现场气温定，以手触感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。
3、粘贴面平处理
（1）应按产品供应商提供的工艺要求配制平材料（环氧腻子）。
（2）混凝土表面修补应选用丙酮将表面浮尘擦去，凹陷部位，应用刮刀对凹坑实施填塞修补、平，平程度按眼观目测无明显的刮板或刮刀痕迹纹路平滑为准。有段差或转角部位，应抹成平滑曲面。
（3）转角的处理，应用平材料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。
（4）平材料须固化后（固化时间视现场气温定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），方可进行下一道工序。
碳纤维布加固方法
4、碳纤维布剪裁
（1）按设计规定尺寸剪裁碳纤维布，裁剪尺寸必须满足设计尺寸，严禁斜切碳纤布，并防止出现拉丝现象。
（2）保证裁剪后的碳纤维方向与粘贴部位的方向一致。
（3）裁剪成型的碳纤维注意保护洁净不受污染。
5、配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂
（1）配制粘结剂前应仔细阅读其使用说明书。
（2）按粘贴面积确定每次用量，以防失效浪费。
（3）严格按重量比使用配制。
（4）按厂家配合比和工艺要求进行配制，且应有专人负责。搅拌应顺时针一个方向搅拌，直至颜均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质混入。
（5）调制好的粘结剂抓紧使用，用毛刷或滚刷均匀、无遗漏地将粘接胶涂在选定的混凝土表面，粘接胶涂抹面应不下于所粘贴的碳纤维布的大小。
6、粘贴碳纤维布
（1）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。
（2）混凝土表面涂刷结构胶，必须做到涂刷稳、准、匀的要求，即：稳，刷涂用力适度，尽量不流不坠不掉；准，涂刷不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚较一直。
（3）碳纤维布粘贴时，同样要稳、准、匀，核心要求做到放卷用力适度，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。
（4）滚压碳纤维布必须从一端向另一端滚压，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中让胶充分渗透纤维布，消除气泡和多与树脂，做到浸润饱满，使碳纤维和底层充分粘接。碳纤维布需要搭接时，必须满足规范要求≥100mm。
（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。
7、表面防护及其它
每处施工完成后，自然养护24小时内确保不受外力硬性冲击、防止雨淋或风沙、灰尘的污染；当需要做表面防护时，应按有关规范的规定处理，以保证防护材料与碳纤维之间粘结可靠；如底板上有通气孔，在粘贴碳纤维布后，应保持通气孔畅通。