碳纤维加固-淄博碳纤维加固

苏州碳纤维加固【电话*申经理】随着人们对建筑物补强加固研究课题投入的增多，相应的研究成果也越来越多。钢筋混凝土结构补强加固方法主要有：加大截面加固法，外包钢加固法，预应力加固，粘钢加固，玻璃钢加固，喷射混凝土，粘贴碳纤维材料等技术。但由于原有建筑的存在，加固施工场地狭窄，又常受到己有设备、管道和结构构件的约束，施工设备和机具操作困难，常规施工方法难以奏效，大型机械设备无法使用，稍大的预制构件无法进入现场。并且结构方案又受到原有结构形体的束缚，现有建筑结构的形式，跨度，高度，结构构件截面尺寸等因素都在一定程度上限制了结构方案的选择范围，设计者必须结合原有结构体系，根据实际结构的条件来具体分析，提出合理的加固方案。综合各方面性能，粘钢法和粘贴碳纤维法因其高强高效，基本不增加原结构自重及原构件尺寸，施工便捷等原因逐渐成为常用的加固方法。

3 粘贴钢板加固法

3.1 粘钢加固法的特点和应用范围

粘钢(Bonding steel plates)加固法即用特制的结构胶将钢板粘贴于原结构表面，使钢板与原结构牢固形成一个整体，共同受力和变形，从而达到增强原结构强度或刚度的目的。其原理同钢筋与混凝土之间共同作用关系本质上是一样的： 将钢板粘贴于钢筋混凝土构件受拉或受压表面，利用建筑结构胶良好的粘结性能，有效地传递应力使原有钢筋混凝土构件与钢板形成一体，将钢板作为钢筋的一部分，行使钢筋职能。这是一种有效的、简便的加固方法，具有明显的时间、经济效益上的优势。在国内外，己经成功地用这种方法加固了许许多多建筑物，包括住宅、办公建筑以及桥梁等。

这种复合系统的关键在于其复合介质――结构胶的性能。结构胶介质作用的发挥有赖于胶体传递应力的能力，而这种能力反过来又取决于肢体与混凝土和胶体与钢板的粘结及界面剪应力，以及胶体的刚度、柔度和粘性。当结构胶的性能能够得以保证时，粘贴钢板加固法即为一种有效的加固方法。工程实践表明其主要有以下的优点:

(1)性能好，基本不增加构件及结构的荷载，不改变原设计的结构体系和受力形式。

(2)所占空间小，不影响被加固结构外观和使用空间。

(3)加固施工周期短。

(4)耗材少，经济合理。

(5)在有效提高原构件的承载力的同时还通过大面积的钢板粘贴，有效地保护了原构件的混凝土，限制裂缝的开展，提高了原构件的刚度和抗裂能力。

3.2 粘钢加固的适用范围和材料要求

(1)适用范围

根据试验结果，建筑结构胶的粘结抗剪强度随温度而变，当温度**60℃时，强度开始下降。试件长期泡在水中，强度也有所降低。因而粘钢加固法仅适用于环境温度不过60℃，相对湿度不大于70%，以及无化学腐蚀的环境中。构件混凝土强度不能低于C15过低，否则不能发挥钢板和胶粘剂的作用。

(2)材料要求

粘钢加固的前提是结构胶能够保证加固钢板与混凝土之间的有效粘结，从而使二者之间在受力时能够共同作用。目前国内外均采用环氧树脂作为主剂，并在配方及工艺方面进一步采取降低变形的措施，以满足混凝土结构加固的需要。目前我国己生产出了多种适合粘钢加固技术应用的结构胶，其中代表性的主要JGN I.11型。强度高、耐久性好、具有一定弹性。

4 粘贴破纤维加固法

纤维增强塑料(FRP) 早用于**和航空**领域。FRP 种类主要包括碳纤维增强塑料(CFRP)、(GFRP) 和芳纶纤维增强塑料(AFRP)。近年来，纤维类材料因其较好结构性能和耐久性能在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。随着材料技术的发展，现在已开发了多种高科技纤维材料。在所有的这些纤维材料中，碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域技术，用量大的一种高科技材料。

碳纤维有很多种类，其中PAN 基碳纤维具有优异的物理力学性能、良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性等特点，非常适用于土木工程领域。用于建筑结构补强加固的碳纤维材料，其强度一般为建筑用钢材的十几倍，弹性模量与建筑钢材在同水平上并略有提高，是一种优良的结构加固用材料。碳纤维材料的这些特点，为建筑结构的补强与加固提供了技术支持。

应用FRP加固混凝土结构的优势主要有以下几点：

(l) FRP材料轻且薄，基本不增加原结构自重及原构件尺寸；

(2) 高强高效，能够有效提高混凝土结构的承载力和延性，改善其受力性能；

(3) 施工便捷，没有湿作业，不需大型施工机具，*现场固定设施，施工占用场地少；

(4) 具有较强的耐腐蚀性能。

碳纤维材料在土木工程领域的应用己非常广泛，概括起来夫要有以下几种途径:

(1)在搅拌混凝土的同时加入短纤维制成碳纤维混凝土；

(2)长丝制成束状(棒材)在现挠混凝土中代替钢筋用于新建结构；

(3)将碳纤维制成织物(片材)，粘贴到混凝土表面用于结构的补强与加固，是研究的一个方面，也是实际工程中应用多的一种。

在钢筋混凝土结构加固中，FRP材料的成型工艺主要有两种:一种工艺为湿粘法，即将纤维布在现场用树脂浸润粘贴，是目前应用为广泛的一种方法；二种工艺是将FRP 材料预制成各种型材。湿粘法在现场施工中适用性较广，特别是可用于曲面和角部的粘贴，而预制法则能使质量得到更好的控制。

尽管纤维的种类和成型工艺不同，所有三种FRP材料的应力一应变关系是相同的：受拉时线弹性上升直至脆断。这是FRP材料的一个重要特性，用于结构加固时必须予以重视。用于结构加固时，FRP的脆性性能会对结构性能产生以下两点重要影响：一，FRP材料不像钢筋那样具有延性，其脆性性能会限制加固后钢筋混凝土结构的延性；二，FRP材料的脆性性能限制了应力的重分布。因此，外贴FRP 材料的加固设计，不能简单地按照现有钢筋混凝土结构的设计方法，将FRP 作为钢筋进行代换。

5 复合加固的现状及展望

根据对粘钢及粘贴碳纤维加固性能的研究发现，这两种加固方法均各有其优点和不足：碳纤维加固后梁的承载力有明显提高，碳纤维布层数越多，梁的承载力提高幅度越大。但对构件的刚度有一定的影响。与普通钢筋混凝土受弯构件相比，对CFRP加固构件，无论其后是哪一种破坏形式，加固后截面的延性大幅度降低，同时由于纤维材料的脆性性能，其破坏具有一定的突然性。而对于粘钢加固，可以明显提高梁的刚度及梁的承载力。钢板越厚，承载力越大，但由于钢板并不如CFRP 柔软，且加固用钢板厚度也不宣过大，故在粘结时对粘钢的层数有一定的限制，一般不过二层。

因此，如采用CFRP 与钢板的复合加固方式可弥补单一材料加固方法的不足，一方面能满足构件承载力提高的要求，另一方面也可以解决对CFRP 材料的错固，改善被加固构件的延性，使施工过程更便捷。

但笔者发现目前的研究尚存在以下问题：

(1) 受力模型有待进一步完善。构件在加固后结构体系受力复杂：加固后的结构多半属于组合结构或组合截面，新旧两部分共同工作，因此结构受力程度，以及新旧材料的结合情况和施工措施等都对加固结构的受力性能有相当大的影响，因此分析难度很大。一般情况下，加固结构属于二次受力结构，新旧两部分存在着应变和应力不同步发展的现象，新加部分材料的潜力有时得不到充分利用。另外，对部分构件的加固有时还会改变结构体系的刚度分布，便加国后结构体系在外力作用下受力的分配模式发生改变，可能会出现一些新的薄弱环节。现有文献的研究多集中于一次受力，且构件都是在完好的状态下进行加固的，这与实际情况下，构件受力甚至己产生裂缝的状态不符。

(2) 大多数文献资料都**于对受拉区的加固，而对粘接锚固可靠的粘纤维加固受弯构件，其正截面可能产生纤维拉断破坏或混凝土压碎破坏两种破坏形态。截面的破坏状态与截面的配筋量、外贴纤维的用量以及混凝土的强度等级有关。在混凝土强度和原有配筋率不变的情况下，当纤维配置率较小时，截面的破坏是以纤维拉断破坏为标志，随着碳纤维配置率的增大，截面将产生界限破坏，即在纤维拉断的同时混凝土压碎，当纤维配置率继续增大时，截面的破坏以混凝土的压碎为标志。

因碳纤维是对混凝土梁受拉区的加固，所以当纤维配置率较大时，构件受力机理可等同于梁底钢筋配筋量增大的筋梁。此时的梁在开裂前换算截面的中和轴下移，**面压应变大于底面拉应变。随着弯矩增加，临近梁的破坏时，**面混凝土首先达到抗压强度。构件终的表现为受压区混凝土被压碎的脆性1 破坏。所以混凝土受压区的加固也是不可忽视的一个重要问题。

(3) 目前讨论矩形梁加固的资料较多，而T 形梁在工程中应用非常广泛，例如在整体式肋形楼盖中，楼板、梁浇注在一起，应按T形截面梁处理。

综上，笔者认为研究利用钢板和碳纤维各自的特点对T形梁在受压区及受拉区进行复合加固并研究其在二次受力状态下的加固效果应更具有实际的意义。

宜昌碳纤维加固【电话*申经理】随着我国经济的迅速发展，交通量也在迅速增长。过于沉重的交通量致使公路交通工程出现断裂、破损、跳车等各种病害，这些病害的存在大大降低了公路的行车舒适度。采用加固技术既可以解决这些病害，也可以达到经济的目的。碳纤维布加固修复结构技术是近年来在国内外快速发展的一种结构加固修复新技术，并已得到证实碳纤维布加固钢筋混凝土构件对防止斜裂缝开展、提高受剪承载力、改善构件延性具有良好的效果。碳纤维布与钢材比，强度约高10倍，比重约为1/5，高强度，分量轻，并且具有耐腐蚀性，作业简单，施工时间短，成本相对低，效果性能优良等优点，现在被广泛应用于工程领域。

2. 工程背景

汉宜高速公路是沪蓉国道主干线的重要组成部分，全长280km，原设计行车速度100km/h,水泥混凝土路面，全封闭、全立交、双向四车道的一级汽车**公路，于1989年动工兴建，分段建设，于1995年11月全部建成通车。

道路通行后，由于常年汽车荷载的反复作用，路面及桥梁结构均有不同程度损伤，遂于2004年开始进行整个工程的修复与加固工作。具体如下：

行车道及路缘带路面结构：24cm水泥混凝土面层，20cm水泥稳定石屑或水泥稳定碎石上基层，20cm二级稳定土或级配碎石掺灰底基层，在潮湿路段设有17cm灰土垫层。

硬路肩路面结构：20cm水泥混凝土面层，20 cm石灰土基层。

路面横坡：行车及路缘带为2％，硬路肩为2.5％，土路肩为3.5％。

桥梁工程：对桥梁墩台地基进行C25旋喷桩加固，梁板于下侧进行碳纤维布加固。本文主要介绍碳纤维布加固梁板的工作原理及工艺流程、操作方法等。

3. 碳纤维布加固工作原理

碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍。在梁板构件的受拉区粘贴碳纤维布进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致，从而增加了混凝土结构正截面的弯矩，也即提高了混凝土结构的抗弯能力。

当构件达到受弯承载能力状态时，碳纤维布的拉应变按截面应变保持平面的假定确定。

图1：矩形截面梁正截面受弯承载力计算简图

根据图1，当混凝土受压区高度 时，在进行碳纤维布加固后， 当混凝土受压区高度 时，进行碳纤维布加固后，

从计算式中可以看出，碳纤维布加固后矩形截面梁的抗弯强度得到了较大提高，从而改善了桥面板的承载能力。

4. 施工工艺 

4.1 工艺流程图

4.2 施工准备

① 准备施工设备及工具；

② 搭设支架，进行施工各项准备工作；

③ 对梁板构件存在裂缝的部位，应先进行灌胶封闭处理。

4.3 碳纤维布加固施工工艺

4.3.1混凝土基面的处理

① 梁板混凝土表面如出现蜂窝、腐蚀、松散剥离等现象，应予凿除清理；

② 对锈蚀、外露钢筋进行除锈防腐处理，用环氧混凝土进行修复；

③ 用混凝土角磨机清除混凝土表面的浮浆及裂化层，表面凹凸部位要打磨平整，转角粘贴处要进行倒角处理打磨成缓角，并用吹风机吹净，露出干净、结构坚实的表面并保持干燥。

4.3.2涂底层涂料

① 根据标准用量和现场施工温度，计算所涂碳纤维布面积的底层树脂用量，按底层树脂规定的比例把底层树脂主剂和固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀。

② 用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需补强的混凝土表面，底胶涂布面边界应不小于所粘贴的碳纤维布的大小，涂刷厚度以不过0.4mm为宜，底胶固化后（时间一般不小于2小时），再进行下一道工序。

4.3.3修整找平层

对粘贴表面进行找平，用找平胶进行刮填修补，保证模板接头处无明显高度差，缺损。找平材料固化后，用砂布打磨光顺。

4.3.4粘贴碳纤维布

① 按设计尺寸裁剪碳纤维布。

② 用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘接胶涂在选定的混凝土表面，在搭接、转角部位适当多涂，粘接胶表面不小于所粘贴的碳纤维布大小。

③ 用胶辊或刮板在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并反复碾压，以去除气泡，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，并与底层充分粘接。在纤维表面粘接胶凝固化后可重复上述步骤进行二层粘贴。

④在外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。

4.3.5施工养护

在每处施工完后，需确保加固处不受外力硬性冲击等各种干扰，并进行自然养护。

4.3.6表面涂装

采用水泥砂浆和108胶混合，涂刷于碳纤维表面，使其颜色与混凝土颜色一致。

4.4 碳纤维布的主要技术参数

① 抗拉强度>3400MPa，平均值4610MPa ，标准值4420MPa；

② 弹性模量>2.3×105MPa，检验值2.6×105MPa；

③ 伸长率>1.4，检验值1.7。

4.5 施工注意事项

① 碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm。当采用多层碳纤维布加固时，各层碳纤维布的搭接位置相互错开500mm。

② 碳纤维布应粘贴密实，不应发生空鼓现象。

③ 根据碳纤维施工对环境的要求，一般在气温低于5oC的气候环境下安排施工准备工作，在气温**5oC的环境下安排涂胶找平和纤维布的粘贴工作。

5. 结束语

对已经完成碳纤维布粘贴的桥面板进行施工检验。由检验人员随机抽取试样，每1000m2取两组进行正拉粘结强度试验，经检验，全部合格。