一．前言

碳纖維布結(jié)構(gòu)加固改造修復(fù)混凝土技術(shù)是一項(xiàng)目前在國際上正在普遍應(yīng)用的技術(shù)，能廣泛應(yīng)用于各種建筑物結(jié)構(gòu)加固上，同傳統(tǒng)的加固的方法相比有很多優(yōu)點(diǎn)。 

    粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的(抗彎、抗剪)承載能力，由此而達(dá)對建筑筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。 碳纖維片加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)80年代美國、日本等發(fā)達(dá)國家，進(jìn)入20世紀(jì)90年代中后期我國的許多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)也相繼進(jìn)行了這方面的試驗(yàn)研究。目前，在我國的北京、上海、天津、江蘇、福建等許多地區(qū)的橋梁和工民建工程中得到了廣泛的應(yīng)用。其中有些是由于意外事故而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力而需補(bǔ)強(qiáng)加固的；有些是由于混凝土強(qiáng)度或配筋不足而需補(bǔ)強(qiáng)加固的；有些是由于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到或接近使用年限而需加固的；還有部分建筑是未進(jìn)行抗震設(shè)防的，滿足不了《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-95要求，需進(jìn)行抗震加固。中國革命歷史博物館（以下簡稱“革歷博”）就是屬于后兩種情況，進(jìn)行綜合比較后選擇了碳纖維粘貼抗震加固的方式。下面結(jié)合“革歷博”具體工程實(shí)例談一談碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)的施工工藝。

二．碳纖維片加固簡介

（1）特點(diǎn)

①高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量，效果好。

②施工方便，無需任何夾具、模板，能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)而不改變構(gòu)件外形尺寸，可多層粘貼，并能有效地封閉混凝土的裂縫；

③加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；

④不增加結(jié)構(gòu)自重。

（2）自重輕，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適應(yīng)范圍廣；

（3）施工簡便(不需大型施工機(jī)械及周轉(zhuǎn)材料)，易于操作，經(jīng)濟(jì)性好；

（4）施工工期短；因此，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。 

碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層混凝土的強(qiáng)度等級不低于C1 5即可；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。

三. 施工工藝

（一）施工準(zhǔn)備   

l、主要材料的準(zhǔn)備： 碳纖維布及其配套用膠的進(jìn)場報(bào)驗(yàn)。   

2、輔助工具及材料的準(zhǔn)備： 專用滾筒、刮板，磨光機(jī)，剪刀、鑿子、榔頭、臺秤，灰刀，二甲苯、毛刷。   

3、搭設(shè)腳手架： 按安全規(guī)程要求搭設(shè)腳手架，高度以方便施工為前提

其加固施工工序?yàn)椋夯炷粱滋幚怼康讓油苛稀铆h(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行殘缺修補(bǔ)→貼碳纖維片→養(yǎng)護(hù)→涂裝→完工驗(yàn)收。

3.1 混凝土基底處理

（1）裂縫處理。寬度小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂抹封閉；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫?！案餁v博”抗震加固的大梁大部分都有寬度不一的裂縫，最大裂縫達(dá)到 1mm以上，為此我們對所加固的主梁首先進(jìn)行了壓力灌膠處理。

（2）將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位，使其表面平整。

（3）檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕，需進(jìn)行必要處理。

（4）對經(jīng)剔鑿、清除和露筋的構(gòu)件殘缺部分，用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原，達(dá)到表面平整。

（5）將構(gòu)件表面凸出部分（混凝土構(gòu)件交接部位、模板的段差等）打磨平整，修復(fù)后的段差要盡量平順；棱角的部位，用磨光機(jī)磨成圓角，圓角半徑須≥30mm。

（6）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面打磨后，用吹風(fēng)機(jī)將表面灰塵和雜物清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分干燥?！案餁v博”工程施工中我們使用吹風(fēng)機(jī)將灰塵清理后又用酒精進(jìn)行清洗。

3.2 涂底層涂料

（1）把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi)，用攪拌器攪拌均勻；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完。

（2）用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后（一般養(yǎng)護(hù)3~24小時(shí)）才能進(jìn)行下一道工序的施工。

（3） 底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般類似結(jié)露的露珠一樣）要用砂布或角磨機(jī)磨平。

3.3 用環(huán)氧膩?zhàn)舆M(jìn)行殘缺修補(bǔ)

（1）構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇剑⑿迯?fù)至表面平整、順滑。

（2）內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)，使之平順。膩?zhàn)油抗魏螅砻嫒源嬖诘陌纪共诩y，應(yīng)再用砂紙打磨平整。

3.4 粘貼碳纖維片

（1）樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比列稱量準(zhǔn)確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完。

（2）纖維順長方向片材的接頭必須搭接10cm以上。該部位應(yīng)多涂樹脂，脫泡、樹脂操作按正常進(jìn)行。在片材寬度方向不需要搭接。

（3）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘貼用環(huán)氧樹脂，稱為下涂。貼片時(shí)，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣?？捎昧_拉（專用工具）沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使樹脂滲浸進(jìn)纖維中。

（4）纖維片施工30分鐘后，用滾筒刷均勻涂抹粘貼用環(huán)氧樹脂，稱為上涂。如需多層粘貼則重復(fù)3.4.1~3.4.4步驟，并保證底層粘貼的碳纖維片上涂已指觸干燥，才能粘貼下一層。

（5）最后一層碳纖維的上涂應(yīng)涂刷均勻、周邊整齊。

3.5 養(yǎng)護(hù)

（1） 碳纖維片施工后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證養(yǎng)護(hù)期間的溫度不低于環(huán)氧樹脂的允許使用溫度。

（2）養(yǎng)護(hù)期一般在1~2周內(nèi)。

（3）對于有風(fēng)吹、雨淋或有可能人為擾動的地方應(yīng)進(jìn)行遮擋封閉養(yǎng)護(hù)。

3.6 表面涂裝

對于有外觀裝飾要求的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，可在粘貼后的碳纖維表面涂刷基于環(huán)氧基底的涂料或噴沙抹灰后涂刷常規(guī)涂料。

四．施工主意事項(xiàng)

（1）氣溫在5℃以下、相對濕度RH>85%、混凝土表面含水率在8%以上、有結(jié)露的可能時(shí)，無有效措施不得施工。

（2）由于碳纖維片為電的良導(dǎo)體，應(yīng)使其遠(yuǎn)離電源。

（3） 施工用各種樹脂遠(yuǎn)離明火，并避免陽光直射。

（4）施工及檢查人員應(yīng)穿防護(hù)工作服，配戴口罩、手套、防護(hù)眼鏡等防護(hù)用品。

（5）施工現(xiàn)場通風(fēng)狀況良好。

（6）當(dāng)樹脂粘附在皮膚上時(shí)，應(yīng)立即用肥皂水沖洗，濺入眼內(nèi)用清水清洗或及時(shí)就醫(yī)。

五、安全措施： 

l 、操作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)，懂得操作工序。 

2、操作人員必須根據(jù)工作環(huán)境佩帶防護(hù)用品，如安全帽、安全帶、絕緣手套、絕緣鞋、風(fēng)鏡口罩等，并集中精力操作。 

3、操作腳手架應(yīng)牢固可靠，周圍應(yīng)有防護(hù)欄桿，在沒有絕對可靠的防護(hù)措施下不得立體交叉作業(yè)。    ’ 

4、電器設(shè)備及架設(shè)應(yīng)符合安全用電規(guī)定，應(yīng)有接零或接地觸電保護(hù)裝置，嚴(yán)禁零線與相線搞混，避免相線與結(jié)構(gòu)鋼筋連接造成觸電事故。 

5、結(jié)構(gòu)膠、二甲苯等物應(yīng)穩(wěn)妥保管，并用防火、防爆措施，容器清洗后殘余物不得隨意傾倒，應(yīng)按指定點(diǎn)集中處理。 

6、操作環(huán)境應(yīng)通風(fēng)，有足夠的照明度。

六．材料

此次“革歷博”加固工程，北京特希達(dá)公司所采用的是日本三菱化學(xué)公司的碳纖維片及其專用樹脂，其主要材料種類和性能見表1~4。

表1：碳纖維片的種類和性能

表2：底層涂料的種類和性能

表3：修補(bǔ)用環(huán)氧膩?zhàn)臃N類和性能

表4：粘貼用環(huán)氧樹脂種類和性能

 七.勞動力及機(jī)工具安排

每一施工班組以3~4人為宜，每人每工日完成工程量在10m2左右。每一班組準(zhǔn)備的主要機(jī)、工具為角磨機(jī)4臺，吹風(fēng)機(jī)1臺，臺稱1臺，滾筒刷6把，羅拉2把，灌膠工具一套。

八.質(zhì)量驗(yàn)收

目前，國內(nèi)尚無國家認(rèn)可的強(qiáng)制性驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，碳纖維加固工程檢查驗(yàn)收均以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，北京特希達(dá)科技有限公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)過長時(shí)間、多種類工程檢驗(yàn)，目前比較全面、成熟。

（1）原材料必須有生產(chǎn)廠家的出廠檢驗(yàn)合格證，進(jìn)口材料要有商檢證。工程量比較大時(shí)應(yīng)進(jìn)行原材料試驗(yàn)。

（2）每一工序按工藝要求進(jìn)行，屬于隱蔽工程的要有隱檢紀(jì)錄。

（3）用小錘輕擊，檢查空鼓，無空鼓或只有少量小空鼓（<3cm）便視為合格；對于較大的空鼓（≥3cm）或較多的小空鼓應(yīng)進(jìn)行灌膠（注入TR樹脂）處理。

（4）保證氣溫在5℃~35℃之間，相對濕度不大于85 %的環(huán)境下施工。

九．工程實(shí)例簡介

由于施工時(shí)在距摟面7m左右高的吊頂內(nèi)進(jìn)行，障礙物較多，施工操作較困難，此建筑是在建國初期施工建成的，當(dāng)時(shí)施工技術(shù)較落后，因此混凝土表面平整度較差，進(jìn)行基底打磨時(shí)難度較大，尤其在對“U”形環(huán)包的底部轉(zhuǎn)角處進(jìn)行倒角處理時(shí)，更花費(fèi)了許多精力。

本工程施工完成后，無論是施工質(zhì)量，還是確保工期和后期服務(wù)工作，均受到業(yè)主、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位的好評，經(jīng)驗(yàn)收確認(rèn)效果良好，達(dá)到預(yù)期加固目的。

用碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的加固方法相比，具有巨大的優(yōu)越性，有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。

9.1   技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

碳纖維片的重量輕、強(qiáng)度高，隨形性好，能適應(yīng)各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)外形的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，對結(jié)構(gòu)重量的影響甚微；碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)工藝施工簡便迅速，無需任何夾具、模板和支撐，雖然碳纖維本身的價(jià)格高于其他材料，但施工費(fèi)用大大降低。它免除了鋼板補(bǔ)強(qiáng)、混凝土補(bǔ)強(qiáng)等傳統(tǒng)方法所需的植筋錨固、裝拆夾具、立模、支撐、灌注混凝土、養(yǎng)護(hù)、拆模等繁雜的工序和輔助設(shè)施，而且占用空間小，即使在高空作業(yè)，也只需設(shè)置簡易工作平臺即可。因此，用碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)將低于傳統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)方法，經(jīng)濟(jì)效益視具體工程情況而定，越是復(fù)雜結(jié)構(gòu)其效益將愈明顯。另外，碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)有非常良好的抗腐蝕性能和耐久性，不需作任何防腐處理，而粘鋼加固則需做定期防銹、防腐處理。因此，碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

9.2    社會效益