北京加固公司碳纖維加固工法

一、概述

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于設(shè)計、施工、使用以及意外災(zāi)害等多種原因，會影響結(jié)構(gòu)的正常使用，需要維修、加固補(bǔ)強(qiáng)。FRP(纖維復(fù)合材料)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是近十年來發(fā)展起來的一種結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)新技術(shù)。FRP具有輕質(zhì)高強(qiáng)、抗腐蝕、耐久性好、施工簡便、不影響結(jié)構(gòu)的外觀等優(yōu)異特性，因此，該項(xiàng)加固技術(shù)較之傳統(tǒng)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)施工工藝具有明顯的優(yōu)越性。該項(xiàng)技術(shù)在國際上深受重視，近些年來在日本及歐美等發(fā)達(dá)國家發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于橋梁、地鐵、工業(yè)與民用建筑以及煙囪、水池、筒倉等特種結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)，成為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)的新趨勢。

FRP從材料構(gòu)成上主要有碳纖維復(fù)合材料(CFRP)、玻璃纖維復(fù)合材料(GFRP)、芳綸纖維材料(AFRP)。本工法一CFRP為例介紹FRP修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)，AFRP和GFRP參照本工法。

二、工法特點(diǎn)

1、材料輕質(zhì)高強(qiáng)。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度比同截面鋼材高7～10倍，將它用環(huán)氧樹脂與鋼筋混凝土構(gòu)件粘貼后，能可靠地與構(gòu)件形成一體、共同工作，具有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果，而結(jié)構(gòu)自重的增加幾乎可以忽略。

2、抗腐蝕。能有效地防護(hù)構(gòu)件的混凝土和鋼筋免受酸、堿、鹽、水等介質(zhì)的腐蝕。

3、耐老化。碳纖維布與環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料本身及經(jīng)其補(bǔ)強(qiáng)的混凝土構(gòu)件可以長期承受紫外線、核輻射。長期在 – 54～82℃溫度下使用，強(qiáng)度不會降低。經(jīng)加速暴露老化試驗(yàn)驗(yàn)證可歷時40年性能不變。且在表面涂裝后，耐久性將更加突出。

4、高溫性能：碳纖維本身具有非常高的耐熱性，但碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與混凝土粘貼后的耐熱性由環(huán)氧樹脂決定。因?yàn)榄h(huán)氧樹脂在接近80℃時發(fā)生軟化，所以碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的耐熱溫度為80℃(80℃的強(qiáng)度保持率為80%，從設(shè)計強(qiáng)度的安全率考慮，80℃應(yīng)視作使用的上限溫度)。另外，當(dāng)溫度達(dá)到260℃并持續(xù)該溫度兩小時后降至室溫，碳纖維復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度不發(fā)生任何變化。

5、保持結(jié)構(gòu)原狀，外形美觀。碳纖維布便于隨構(gòu)件原形裁剪、貼附。修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)不增加構(gòu)件高寬尺寸及體積，且表面可以涂刷、粘貼飾面材料、防火材料。

6、施工簡便、快捷。傳統(tǒng)加固補(bǔ)強(qiáng)施工工藝如粘鋼、外包混凝土方法必須進(jìn)行大量混凝土剔鑿、鋼筋綁扎、焊接、澆筑混凝土以及大型機(jī)械設(shè)備吊裝等作業(yè)，而碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)施工卻不需要。因此它對施工空間要求很低，便于在狹窄空間作業(yè)，施工快捷，對生產(chǎn)、使用的干擾很小。

三、工藝原理

碳纖維布是用抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，并經(jīng)環(huán)氧樹脂膠預(yù)浸而成的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合片材。以環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)材料，將碳纖維布沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損結(jié)構(gòu)上，膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體。使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，并能有效地提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、延性及抗裂性，控制裂縫和撓度的繼續(xù)發(fā)展;必要時也可交叉粘貼單向碳纖維布。整個工藝的關(guān)鍵在于碳纖維布粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，共同工作。

碳纖維布修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)工法為滿足上述要求，需保證以下方面：

1、材料性能必須符合設(shè)計規(guī)定。

2、正確地掌握工藝流程，每道工序都要有利于保證碳纖維布粘貼緊密。

四、材料

碳纖維布材加固混凝土結(jié)構(gòu)主要材料有碳纖維布材和碳纖維膠。

1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度、彈性模量以及延性等性能指標(biāo)須符合設(shè)計規(guī)定和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。

2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能，工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號，應(yīng)根據(jù)施工時的溫度、濕度進(jìn)行選擇。并正確掌握主劑和固化劑的配比，使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。

五、工藝程序

1、施工準(zhǔn)備

2、混凝土表面處理

3、配制并涂刷底膠

4、配制修補(bǔ)膠并對混凝土表面不平整處進(jìn)行填補(bǔ)和找平處理。

5、配制并涂刷結(jié)構(gòu)膠粘劑

6、粘貼碳纖維布材

7、表面防護(hù)

六、操作要點(diǎn)

1、施工工具設(shè)備

主要機(jī)具設(shè)備有切割機(jī)、角磨機(jī)和滾刷等。

2、混凝土基底處理

(1)將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。

(2)檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，需進(jìn)行必要處理。

(3)對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，用高于原構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原，達(dá)到表面平整。

(4)裂縫修補(bǔ)。縫寬小于0.20mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂抹密閉;大于或等于0.20mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。

(5)對貼片范圍的定位、劃墨線，按修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計要求進(jìn)行。

(6)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。

(7)棱角的部位，用磨光機(jī)磨成圓角。圓角半徑宜≥30mm，最小不得小于20mm。

3、涂底層樹脂

(1)把底層樹脂的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)，超過可使用時間不得再用。

(2)用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料。

(3)指觸干燥時間因氣溫不同，一般在3h到1d之間變化。

(4)底層涂料固化后，在構(gòu)件表面有凝結(jié)凸起時，要用砂紙磨光。磨光后若露出混凝土基面，應(yīng)再補(bǔ)涂底層涂料。

4、構(gòu)件表面的殘缺修補(bǔ)

構(gòu)件表面凹陷部位(蜂窩、麻面、小孔等)應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇剑迯?fù)至表面平整。內(nèi)角(段差、起拱等)要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)，使之平順。

5、粘貼碳纖維布

(1)確認(rèn)粘貼表面干燥。

(2)防止碳纖維布受損。碳纖維布在運(yùn)輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴(yán)禁受到彎折。因此，貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸剪切碳纖維布，每段長度一般不超過6m為宜。要使用更長的片材時，除精心防止彎折外，對脫泡(即趕出氣泡)、滲浸過程必須加倍謹(jǐn)慎操作。

(3)纖維片縱向接頭必須搭接10cm以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂。纖維片橫向不需要搭接。

(4)粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。

(5)貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂，稱為下涂。下涂的涂量標(biāo)準(zhǔn)如下：200g/m2的碳纖維布為400～500g/m2;300g/m2的碳纖維布為500～600g/m2。涂量是根據(jù)施工部位及施工面的粗糙程度而變化的。拱起部分、拐角部分、纖維片搭接部位以及殘缺修補(bǔ)處要多涂一些。

(6)貼片時，在碳纖維布和樹脂之間不應(yīng)留有空氣。為此，可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在碳纖維布上滾壓多次，使粘結(jié)樹脂充分滲浸入碳纖維束中。

(7)纖維片施工30min(根據(jù)干燥程度)后，用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)樹脂，稱為上涂。上涂涂量標(biāo)準(zhǔn)如下：200g/m2的纖維片為200～100g/m2;300g/m2的纖維片為300～200g/m2。上涂時和(6)一樣，用脫泡羅拉沿纖維方向用力滾壓2～3次，使纖維內(nèi)部補(bǔ)充、滲浸粘結(jié)樹脂。

(8)進(jìn)行空鼓檢查，并進(jìn)行處理。

(9)需粘貼2層以上碳纖維布時，必須在首層修補(bǔ)完空鼓后進(jìn)行，重復(fù)第5～8步驟，并遵守(3)的規(guī)定。

(10)如碳纖維加固不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則需進(jìn)行相應(yīng)處理，其中空鼓處理方法如下：

①注入粘結(jié)樹脂法。在碳纖維布上打開2個以上的孔，使用注射器注入粘結(jié)樹脂(或低粘度型樹脂)。

②割刀切入填充樹脂修補(bǔ)法。沿纖維方向切入2～3刀，用橡膠刮板、毛刷沾上適量粘結(jié)樹脂，填進(jìn)割開的縫內(nèi)。

③補(bǔ)丁補(bǔ)修法。當(dāng)貼片完全固化后，無法用割刀切開或注入樹脂，或纖維片表面出現(xiàn)褶皺或松弛時，應(yīng)采用此方法割去不良部分，重新粘貼碳纖維布。

6、養(yǎng)護(hù)

(1)粘貼碳纖維布后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，并應(yīng)保證固化期間不受干擾。

(2)在每道工序以后樹脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲。

(3)當(dāng)樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的加溫措施。

(4)碳纖維布粘貼后達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度所需自然養(yǎng)護(hù)的時間：平均氣溫在10℃以下時，需要2周;平均氣溫在10℃以上20℃以下時，需要1～2周;平均氣溫高于20℃時，需要1周。在此期間應(yīng)防止貼片部分受到硬性沖擊。

7、涂裝

涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。

七、施工管理

項(xiàng)目管理(項(xiàng)目經(jīng)理)負(fù)責(zé)根據(jù)加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計文件制定施工組織設(shè)計。技術(shù)管理(技術(shù)員)負(fù)責(zé)為加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計和技術(shù)組織措施的實(shí)現(xiàn)。作業(yè)管理(工長)負(fù)責(zé)組織、指導(dǎo)、調(diào)配和監(jiān)督工人操作。作業(yè)小組是勞動組織的基本單位，負(fù)責(zé)加固補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件打磨、涂刷樹脂、缺陷修補(bǔ)、裂縫封閉、貼片、養(yǎng)護(hù)等操作全過程。

八、質(zhì)量要求

1、所有進(jìn)場材料須符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有產(chǎn)品出廠合格證，其各種性能指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)均應(yīng)符合本工程加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計要求。

2、碳纖維布材在運(yùn)輸、儲存中不得受擠壓，以免碳纖維受損。也不得直接日曬和雨淋。膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲存。

3、各工序的施工質(zhì)量，由工長負(fù)責(zé)指導(dǎo)、監(jiān)督。每一工序完成后督促操作小組自檢，確認(rèn)合格提請技術(shù)員檢查認(rèn)可后才能進(jìn)行下道工序，否則必須返修至合格為止。

4、各工序的施工質(zhì)量要求如下：

(1)結(jié)構(gòu)物表面處理。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;檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，進(jìn)行必要處理。混凝土裂縫也必須處理。

(2)對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。混凝土表面的漿楞、模板段差必須打磨平順。構(gòu)件縱、橫向棱角必須按規(guī)定倒角。清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。

(3)涂刷底層涂料。底涂應(yīng)涂刷均勻，不得漏涂，嚴(yán)禁使用不適合溫、濕度條件，或超過可使用時間以及添加溶劑稀釋的涂料。

(4)構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)。構(gòu)件表面小孔、陰角，必須用環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)平整。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。

(5)粘貼碳纖維布。

①粘貼碳纖維布時須符合下述條件：

a、碳纖維布材應(yīng)按規(guī)定裁切;

b、底層涂料和環(huán)氧膩?zhàn)舆_(dá)到指觸干燥(樹脂表面達(dá)到固化硬結(jié));

c、粘結(jié)樹脂的類型與施工時的氣溫適合，主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。

e、貼片位置已按設(shè)計要求定位、劃線;

f、以上各點(diǎn)經(jīng)工長和技術(shù)員檢查通過。

②碳纖維布粘貼的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：

a、下涂和上涂滲浸入碳纖維束良好;

b、碳纖維布粘結(jié)密實(shí);

c、對于直徑在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10個可認(rèn)為合格;若每平方米在10個以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修;對于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)為不合格，需要進(jìn)行補(bǔ)修;

d、片材無滑移、翹起、松脫現(xiàn)象;

e、順纖維方向搭接長度不小于10cm。各幅及各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，必須錯開至少50cm;

f、碳纖維布材規(guī)格、貼片位置、長度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合設(shè)計規(guī)定。

(6)養(yǎng)護(hù)須嚴(yán)格遵守自然養(yǎng)護(hù)的時間要求。

九、安全措施

工長要每天進(jìn)行班前安全教育和隨時安全檢查。施工前檢查腳手架、上下梯道、孔口周圍護(hù)欄的適用性和牢固性，嚴(yán)防高空墜落。工長督促工人戴好防護(hù)目鏡、手套、口罩、安全帽、安全帶等勞保用品。在有電力設(shè)備或開關(guān)的場所施工，必須防止碳纖維布與電器接觸，避免因碳纖維導(dǎo)電發(fā)生危險。且要防止碳纖維飛散。在封閉環(huán)境作業(yè)時，使用有機(jī)溶劑要有通風(fēng)換氣措施，并嚴(yán)禁吸煙，避免火災(zāi)。嚴(yán)防樹脂涂料或其組份濺入眼內(nèi)，不慎人眼可用清水沖洗，濺在皮膚上可用肥皂水沖洗，嚴(yán)重時要及時送醫(yī)院治療。