一．前言

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

    粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的(抗彎、抗剪)承載能力，由此而達對建筑筑物進行加固、補強的目的。 碳纖維片加固補強混凝土結構的應用研究始于20世紀80年代美國、日本等發(fā)達國家，進入20世紀90年代中后期我國的許多科研機構和企業(yè)也相繼進行了這方面的試驗研究。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用。其中有些是由于意外事故而導致結構或構件的承載能力而需補強加固的；有些是由于混凝土強度或配筋不足而需補強加固的；有些是由于結構或構件達到或接近使用年限而需加固的；還有部分建筑是未進行抗震設防的，滿足不了《建筑抗震鑒定標準》GB50023-95要求，需進行抗震加固。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，進行綜合比較后選擇了碳纖維粘貼抗震加固的方式。下面結合“革歷博”具體工程實例談一談碳纖維加固混凝土結構的施工工藝。

二．碳纖維片加固簡介

（1）特點

①高抗拉強度、高彈性模量，效果好。

②施工方便，無需任何夾具、模板，能適應各種結構外形的補強而不改變構件外形尺寸，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構的耐腐蝕性及耐久性；

④不增加結構自重。

（2）自重輕，基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適應范圍廣；

（3）施工簡便(不需大型施工機械及周轉材料)，易于操作，經濟性好；

（4）施工工期短；因此，碳纖維結構加固技術在混凝土結構方面已產生較大的效應。 

碳纖維加固技術適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構，要求基層混凝土的強度等級不低于C1 5即可；另外，磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。

三. 施工工藝

（一）施工準備   

l、主要材料的準備： 碳纖維布及其配套用膠的進場報驗。   

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

3、搭設腳手架： 按安全規(guī)程要求搭設腳手架，高度以方便施工為前提

其加固施工工序為：混凝土基底處理→涂底層涂料→用環(huán)氧膩子進行殘缺修補→貼碳纖維片→養(yǎng)護→涂裝→完工驗收。

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，最大裂縫達到 1mm以上，為此我們對所加固的主梁首先進行了壓力灌膠處理。

（2）將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達到結構密實部位，使其表面平整。

（3）檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕，需進行必要處理。

（4）對經剔鑿、清除和露筋的構件殘缺部分，用環(huán)氧砂漿進行修補、復原，達到表面平整。

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

（6）結構或構件表面打磨后，用吹風機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。“革歷博”工程施工中我們使用吹風機將灰塵清理后又用酒精進行清洗。

3.2 涂底層涂料

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

（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3~24小時）才能進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（一般類似結露的露珠一樣）要用砂布或角磨機磨平。

3.3 用環(huán)氧膩子進行殘缺修補

（1）構件表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填平，并修復至表面平整、順滑。

（2）內角（段差、起拱等）要用環(huán)氧膩子填補，使之平順。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

3.4 粘貼碳纖維片

（1）樹脂的主劑和固化劑應按規(guī)定的比列稱量準確，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調和量應在可使用時間內用完。

（2）纖維順長方向片材的接頭必須搭接10cm以上。該部位應多涂樹脂，脫泡、樹脂操作按正常進行。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，在纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣。可用羅拉（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涂刷均勻、周邊整齊。

3.5 養(yǎng)護

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

（2）養(yǎng)護期一般在1~2周內。

（3）對于有風吹、雨淋或有可能人為擾動的地方應進行遮擋封閉養(yǎng)護。

3.6 表面涂裝

對于有外觀裝飾要求的結構或構件，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

（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、有結露的可能時，無有效措施不得施工。

（2）由于碳纖維片為電的良導體，應使其遠離電源。

（3） 施工用各種樹脂遠離明火，并避免陽光直射。

（4）施工及檢查人員應穿防護工作服，配戴口罩、手套、防護眼鏡等防護用品。

（5）施工現(xiàn)場通風狀況良好。

（6）當樹脂粘附在皮膚上時，應立即用肥皂水沖洗，濺入眼內用清水清洗或及時就醫(yī)。

五、安全措施： 

l 、操作人員必須經過專業(yè)培訓，懂得操作工序。 

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

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

4、電器設備及架設應符合安全用電規(guī)定，應有接零或接地觸電保護裝置，嚴禁零線與相線搞混，避免相線與結構鋼筋連接造成觸電事故。 

5、結構膠、二甲苯等物應穩(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，應按指定點集中處理。 

6、操作環(huán)境應通風，有足夠的照明度。

六．材料

此次“革歷博”加固工程，北京特希達公司所采用的是日本三菱化學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：修補用環(huán)氧膩子種類和性能

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。每一班組準備的主要機、工具為角磨機4臺，吹風機1臺，臺稱1臺，滾筒刷6把，羅拉2把，灌膠工具一套。

八.質量驗收

目前，國內尚無國家認可的強制性驗收標準，碳纖維加固工程檢查驗收均以企業(yè)標準為依據(jù)，北京特希達科技有限公司的企業(yè)標準已經過長時間、多種類工程檢驗，目前比較全面、成熟。

（1）原材料必須有生產廠家的出廠檢驗合格證，進口材料要有商檢證。工程量比較大時應進行原材料試驗。

（2）每一工序按工藝要求進行，屬于隱蔽工程的要有隱檢紀錄。

（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）或較多的小空鼓應進行灌膠（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．工程實例簡介

由于施工時在距摟面7m左右高的吊頂內進行，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，當時施工技術較落后，因此混凝土表面平整度較差，進行基底打磨時難度較大，尤其在對“U”形環(huán)包的底部轉角處進行倒角處理時，更花費了許多精力。

本工程施工完成后，無論是施工質量，還是確保工期和后期服務工作，均受到業(yè)主、監(jiān)理單位、設計單位的好評，經驗收確認效果良好，達到預期加固目的。

用碳纖維片修復補強混凝土結構與傳統(tǒng)的加固方法相比，具有巨大的優(yōu)越性，有良好的技術經濟效益、社會效益和環(huán)境效益。

9.1   技術經濟效益

碳纖維片的重量輕、強度高，隨形性好，能適應各種復雜結構外形的修復補強，對結構重量的影響甚微；碳纖維修復補強工藝施工簡便迅速，無需任何夾具、模板和支撐，雖然碳纖維本身的價格高于其他材料，但施工費用大大降低。它免除了鋼板補強、混凝土補強等傳統(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、拆模等繁雜的工序和輔助設施，而且占用空間小，即使在高空作業(yè)，也只需設置簡易工作平臺即可。因此，用碳纖維片修復補強混凝土結構的綜合造價將低于傳統(tǒng)的補強方法，經濟效益視具體工程情況而定，越是復雜結構其效益將愈明顯。另外，碳纖維片補強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，碳纖維片修復補強技術具有明顯的技術經濟效益。

9.2    社會效益