粘貼纖維復(fù)合材加固技術(shù)是利用高性能纖維材料，如碳纖維、芳綸纖維等經(jīng)過(guò)編織與樹(shù)脂類膠粘劑混合后粘貼在結(jié)構(gòu)表面，纖維復(fù)合材主要承受拉應(yīng)力，與結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)，共同工作，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)加固和改變受力性能等目的；纖維復(fù)合材的抗拉強(qiáng)度一般為普通鋼材的6-10倍，彈性模量與普通鋼材相近，具有比普通鋼材更好的抗疲勞性能，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)加固用材料；具有高強(qiáng)高效，材質(zhì)薄，重量輕，施工便捷，耐久耐腐蝕性好，基本不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸等特點(diǎn)。

            碳纖維復(fù)合材加固混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)圖

                 ①碳布      ②U型箍      ③碳布?jí)簵l

    鋼筋混凝土梁加固

    鋼筋混凝土梁采用粘貼碳纖維布加固能夠有效的提高梁的正截面抗彎能力和斜截面抗剪能力。

    鋼筋混凝土柱加固
    鋼筋混凝土柱采用碳纖維布環(huán)向圍束法加固可增大軸心受壓柱的抗壓能力。

    鋼筋混凝土樓板加固
    鋼筋混凝土樓板采用碳纖維布加固可單向或雙向粘貼碳纖維布加固，提高板的抗彎能力和抗剪能力。
     

型號(hào)	厚度（mm）	單位面積重量（g/m2）	彈性模量（Gpa）	抗拉強(qiáng)度（Mpa）	伸長(zhǎng)率（%）
2.0	0.111	200	235	3550	1.7
3.0	0.167	300	235	3550	1.7

 

高強(qiáng)玻璃纖維布主要物理指標(biāo)

型號(hào)	纖維重量（g/m2）	設(shè)計(jì)厚度（mm）	設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度（Mpa）	彈性模量（Gpa）
薄型	200±20	0.169	≥1800	≥80
厚型	400±20	0.350	≥1800	≥80

 

一、碳布的分類

1.1按碳纖維織造方法不同主要可以分為:

•       單向碳纖維布(市場(chǎng)90%以上)；
•       雙向碳纖維布；

1.2按碳纖維規(guī)格不同主要可以分為:

       1K、3K碳纖維布（主要用于航空航天國(guó)防領(lǐng)域，其特點(diǎn)是編      制精細(xì)，強(qiáng)度高，價(jià)格高）。

       6K、12K碳纖維布（主要用土木工程，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高，采用配套結(jié)構(gòu)膠粘貼，價(jià)格相對(duì)便宜）。

       24K及以上大絲束碳纖維布（主要用工業(yè)，其特點(diǎn)是強(qiáng)度高，但價(jià)格低，但使用時(shí)要用預(yù)浸布，工藝水平要求高，只能在工業(yè)車間內(nèi)生產(chǎn)，嚴(yán)禁用于土木工程）。

1.3按碳纖維用途不同主要可以分為:

       航空航天國(guó)防用碳纖維布：飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)體、機(jī)舵；火 箭助推器、防護(hù)罩；人造衛(wèi)星天線、太陽(yáng)能電池板、結(jié)構(gòu)件；     

       體育娛樂(lè)器材用碳纖維布：釣魚(yú)桿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、羽毛球拍、棒球桿、滑雪板、滑雪桿、自行車車架、車輪。

       工業(yè)用碳纖維布：汽車傳動(dòng)軸、摩托車頭盔、磁懸浮列車車體；機(jī)械軸承齒輪、防彈車、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片、艦船主桅、螺旋槳

       土木建筑、橋梁、隧道、混凝土結(jié)構(gòu)抗震、加固、補(bǔ)強(qiáng)材料。

1.4土木建筑用碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固，該材料與配套樹(shù)脂浸漬膠共同使用，可構(gòu)成完整的碳纖維布增強(qiáng)體系。該體系適用于梁、柱、板、隧道等?？梢杂行У姆忾]混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。 易于保持結(jié)構(gòu)原狀，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸，加固后對(duì)業(yè)主使用幾乎沒(méi)有影響。

2008年5.12地震之后,碳纖維布在我國(guó)土木建筑，橋梁、隧道、混凝土結(jié)構(gòu)抗震、修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)方面的應(yīng)用得到大力推廣，發(fā)展迅速,該系列的國(guó)產(chǎn)碳纖維布已經(jīng)可以替代進(jìn)口高價(jià)的碳纖維布，但由于各企業(yè)織造方法的不同，在外觀和性能上還有一些差距,有待改進(jìn)。

 

二、建筑加固用碳布的使用方法

建筑加固用的單向碳纖維布和配套樹(shù)脂浸漬膠使用方法，具體如下：

2.1碳布加固工程的施工單位應(yīng)有相關(guān)的專業(yè)技術(shù)和施工資質(zhì)。

2.2碳纖維布加固施工必須遵循下列工序進(jìn)行，施工流程見(jiàn)右圖。

2.2.1混凝土表面處理  清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土石子新面，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。

2.2.2配制并涂刷底層樹(shù)脂  按供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制底層樹(shù)脂，拌好的樹(shù)脂膠液色澤應(yīng)均勻，無(wú)氣泡。將底層樹(shù)脂均勻涂抹于混凝土表面。在樹(shù)脂表面指觸于燥后立即進(jìn)行下一步工序施工。

碳纖維布的養(yǎng)護(hù)

2.2.3配制找平材料并對(duì)不平整處修復(fù)  對(duì)混凝土表面凹陷部位

平均氣溫	養(yǎng)護(hù)時(shí)間
10℃以下	3天(72小時(shí))
10℃-20℃	2-8天(48-72小時(shí))
20℃以上	2天(48小時(shí))

用找平材料填補(bǔ)平整，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。

2.2.4粘貼碳布

①按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳布；

②配制樹(shù)脂浸漬膠并均勻涂抹于所要粘貼構(gòu)件；

③將裁剪好的碳布按放線位置敷在涂好樹(shù)脂浸漬膠的混凝土表面，碳布應(yīng)充分展平，不得有皺褶，碳布需要沿受力方向搭接時(shí)，其搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于150㎜，當(dāng)采用多條或多層碳布加固時(shí)，各條或各層碳布的搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)，距離應(yīng)大于150㎜。

④沿著碳布纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使樹(shù)脂浸漬膠充分浸透碳布，均勻壓實(shí)。

⑤多層粘貼碳布時(shí)，應(yīng)在碳布表面樹(shù)脂浸漬膠指干狀態(tài)立即粘貼下一層，若延誤時(shí)間超過(guò)1小時(shí)，則等待12小時(shí)后，才能繼續(xù)粘貼碳布，如等待時(shí)間超過(guò)3天，為確保第2層的粘貼力，必須用砂紙打毛第一層表面。在粘貼第2層且垂直方向時(shí)，需要確認(rèn)第1層是否已經(jīng)處于凝固不可移動(dòng)的狀態(tài)，理想狀態(tài)為，在第1層粘貼完成后經(jīng)過(guò)12小時(shí)后，再進(jìn)行第2層的作業(yè)。

⑥最后一層碳布粘貼完畢，應(yīng)在碳布的表面均勻涂刷一道樹(shù)脂浸漬膠。

2.2.5表面防護(hù)按圖紙規(guī)定，并保證防護(hù)材料與碳布之間有可靠的粘結(jié)。

三、碳纖維布施工注意事項(xiàng)

3.1碳布為導(dǎo)電材料，施工時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源，或采取有效可靠的防護(hù)措施。

3.2按照設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳布，尺寸一定要精確，誤差在10㎜范圍之內(nèi)，且嚴(yán)禁折疊，以防碳布折斷。

3.3碳布配套樹(shù)脂浸漬膠的應(yīng)密封儲(chǔ)存,遠(yuǎn)離火源,避免陽(yáng)光直接照射，樹(shù)脂浸漬膠的配制場(chǎng)所，應(yīng)保持通風(fēng)良好，無(wú)灰塵。配制碳布膠時(shí)，其配合比嚴(yán)格按廠家的說(shuō)明書(shū)配制，攪拌2分鐘，熟化2分鐘后方能使用，拌好的膠液應(yīng)色澤均勻，無(wú)氣泡。

3.4檢查所有的修補(bǔ)區(qū)域，如有孔隙、氣泡及脫層等現(xiàn)象，必須用可靠的方法進(jìn)行修復(fù)。碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維布表面的方法來(lái)判斷，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)少于95%。當(dāng)碳纖維布的空鼓面積小于100cm²時(shí)，可采用針管注膠的方式進(jìn)行補(bǔ)救。當(dāng)碳纖維布的脫層面積大于100cm²時(shí)，宜將空鼓處的碳纖維布切除，重新搭接粘上等厚的碳纖維布。

3.5施工現(xiàn)場(chǎng)溫度在10度以上，低于10度應(yīng)采用低溫型碳布配套樹(shù)脂膠。
四、施工安全注意事項(xiàng)

4.1必須仔細(xì)閱讀關(guān)于所使用材料的安全信息資料。

4.2在對(duì)所使用材料的使用、保管和管理方法進(jìn)行充分確認(rèn)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行施工。

4.3整理和配合好腳手架通道和其它作業(yè)環(huán)境。另外，根據(jù)作業(yè)種類穿戴保護(hù)口罩、保護(hù)眼罩、保護(hù)手套和安全帶等勞動(dòng)保護(hù)用品。使用有機(jī)溶劑或樹(shù)脂浸漬膠時(shí)，如果是在封閉空間內(nèi)作業(yè)，要充分注意換氣。按照相關(guān)法規(guī)，必須根據(jù)需要用風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制換氣。特別注意因吸入有機(jī)溶劑或環(huán)氧樹(shù)脂而引起的事故。

4.4底膠、找平材料、樹(shù)脂浸漬膠一般是環(huán)氧樹(shù)脂，但根據(jù)發(fā)生的情況有給人體帶來(lái)有害影響的可能性，需要按情況采取以下應(yīng)急措施：

如果進(jìn)入眼睛：用大量的水沖洗15分鐘，并立即接受醫(yī)生的診斷治療。

如果粘在皮膚上：需立即用肥皂和大量的水進(jìn)行徹底的清洗。

如果發(fā)生誤飲：清洗腸胃，立即接受醫(yī)生的診斷治療。

4.5如果吸入有害氣體時(shí)：呼吸新鮮空氣。如果呼吸有困難，應(yīng)該立即接受醫(yī)生的診斷治療，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂容易過(guò)敏的人員，不能讓其直接接觸環(huán)氧樹(shù)脂。

4.6因?yàn)樘妓乩w維有導(dǎo)電性，飛揚(yáng)起來(lái)的碳素纖維可能會(huì)引發(fā)電動(dòng)設(shè)備短路，所以設(shè)備的開(kāi)關(guān)部分要用橡膠膠帶密封，以防止纖維粘接在連接導(dǎo)線上。

4.7要充分注意防火。如果使用火時(shí)，應(yīng)該選擇安全的場(chǎng)所，并且在現(xiàn)場(chǎng)配備好防火滅火器具。

4.8除上述之外，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，必須充分注意安全。

 

五、碳布現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)

5.1在碳布工程結(jié)束后，一般都要做現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)分為原位試驗(yàn)和異位試驗(yàn)，只有在原位沒(méi)有條件做試驗(yàn)時(shí)，才能做異位試驗(yàn)。

5.2在做試驗(yàn)的混凝土表面打磨到石子后，涂膠貼布后貼上4×4碳布試塊，一組試塊做3個(gè)，一般做2組，做好后養(yǎng)護(hù)3天。

5.3切割機(jī)切斷試塊四周碳布，并向混凝土切2㎜，將試塊置入拉拔儀的夾具并對(duì)中，以1.5KN/min的速度進(jìn)行加載，直至破壞，記錄破壞時(shí)的荷載值，并觀察破壞形式。

5.4破壞形式為內(nèi)聚破壞、粘附破壞和混合破壞。

內(nèi)聚破壞：試塊上碳布和膠沒(méi)破壞，混凝土破壞，無(wú)需破壞值，合格。

粘附破壞：試塊上碳布和膠破壞，混凝土沒(méi)破壞，破壞值大于2.5，合格。

混合破壞：試塊上碳布、膠和混凝土都有破壞，破壞值大于2.5，合格。