碳纖維在加固工程中的應用

段加超，夏勇，姜七英

（馬鞍山市建設工程質量檢測中心，安徽 馬鞍山 243000）

1 工程概況

馬鞍山檢測中心大樓，建于2004年，主體為鋼筋混凝土框架結構，混凝土強度等級為C30。2012年底，因單位業務發展需要，現需對原二樓部分新增加一層，考慮到不能改變原有結構的使用功能，經設計復核驗算，對該二樓原部分結構采用碳纖維進行加固處理。

2 設計材料性能要求

2.1 碳纖維材質

彈性模量為2.3×105MPa，延伸率1.7%，單位面積質量為300g/cm2。

2.2 粘結樹脂

A級膠，正拉伸粘結強度為2.5MPa，且應與所使用的碳纖維進行適應性試驗。

3 施工流程及質量控制

3.1 施工流程

施工準備→表面處理→涂刷底層樹脂→找平處理→粘貼碳纖維片材→表面防護

3.2 施工準備階段的技術要求

所選用的碳纖維片材為南京曼卡特科技有限公司生產的，單位面積質量為300g，為聚丙烯腈基(PAN基)12k小絲束纖維，底膠、修補膠和碳纖維浸漬膠均為同廠生產，其中浸漬膠為A級膠，以上原材料均提供了出廠檢驗合格證和檢測機構的檢測報告。原材料進場后，在監理單位見證下抽樣，送至安徽省建筑工程質量第二監督檢測站進行了性能檢驗，檢測結果滿足GB50367-2006的要求，因此可用于工程施工。

3.3 表面處理的技術要點

碳纖維材料本身的抗剪切能力較差，而且只有和混凝土充分粘合后在整體作用下才能充分發揮其較強的抗拉性能。因此，表面處理的質量是碳纖維加固質量的一個重要環節，必須加以嚴格控制。

首先清理梁板粉刷層至混凝土界面，對于混凝土的缺陷應加以處理，然后根據設計圖紙彈線，確定粘貼位置，彈線尺寸應比設計尺寸每邊增加1cm，在粘貼位置處采用磨光器具將混凝土表面打磨平整，對于有陽角的位置，進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm；然后將混凝土表面清理干凈并保持干燥后，方可進行下一道工序。

3.4 涂刷底層樹脂的技術要點

涂刷底層樹脂時，要保證環境的溫度和混凝土表面的清潔干燥，環境溫度宜在5℃以上，混凝土表面含水率不宜大于4%。當滿足以上條件后，按照產品施工說明書進行底層膠配置，絕不允許以添加溶劑或稀釋劑的方法來改變其粘度，一經發現予以廢棄處理，已刷部位予以返工。在碳纖維布的拐角部位多涂一些，當底層膠“指干”（即指觸感干燥）后，再用磨平機將凸起部位磨平，再重刷一遍。

3.5 粘貼碳纖維布的技術要點

碳纖維布粘貼之前，應先按設計圖紙要求對粘貼位置進行精確放線。然后根據相應尺寸裁剪碳纖維，裁好的碳纖維應避免折疊，對于原件已有折痕，應將該部位裁去。

碳纖維施工時，應保證環境溫度，宜在5℃以上環境溫度條件下進行粘貼施工，若環境溫度低于5℃時，應停止施工或采取相應的升溫措施。待底膠“指干”時，應及時涂刷浸漬膠粘貼碳纖維布，若未能及時粘貼纖維材料，則應等待12h后粘貼，為保證粘貼質量，應用細軟羊毛刷或潔凈面紗團沾工業丙酮對表面新落的粉塵進行清除。然后將配制好的浸漬膠均勻涂抹于所要粘貼的部位，將裁好的碳纖維布按彈線位置敷在上面，要保持織物充分展平，不得有褶皺。對于碳纖維布沿受力方向有搭接時，搭接長度不應小于100mm。對于多層碳纖維加固時，其搭接位置應相互錯開，然后用滾筒對已貼好纖維的面上多次滾壓，使液體充分浸漬纖維，并使織物的鋪層均勻壓實，無氣泡發生，如發現氣泡應及時用針頭排氣。對于粘貼多層纖維布時，應在纖維布表面的浸漬膠液達到指干狀態時粘貼下一層，直至纖維鋪設完畢。在碳纖維鋪設完畢后，尚應在其表面均勻涂刷一道浸漬膠。

3.6 表面防護技術要點

碳纖維加固完畢后，尚應對其進行防護，但由于碳纖維和普通材料的粘結性較差，使用普通的砂漿粉刷容易出現空鼓脫落等現象，本工程采用環氧樹脂砂漿粉刷，效果很好，經檢查未發現有空鼓現象。此外，也可以采用在涂刷面膠的時候邊涂刷邊灑一層中粗干凈砂粒層，待完全固化后再粉刷砂漿保護層。

4 質量驗收

由于碳纖維加固本身具有隱蔽性質，因此應加強施工過程的驗收。其驗收主要從以下三方面進行控制：

①基層的驗收，保證粘貼碳纖維的位置應磨至混凝土結構層，并做到表面平整清潔干燥，倒角光滑；

②碳纖維粘貼質量的驗收，可以通過錘敲發現有無空鼓，規范規定滿貼率應大于95%，且不允許出現大于200cm2的空鼓，若發現空鼓可采用針管注膠予以解決，空鼓驗收合格，尚需對粘結質量進行粘結強度試驗，確保滿足標準規范要求；

③防護層的驗收，可以通過錘擊查其有無空鼓。

5 碳纖維加固須注意的事項

①碳纖維片材為導電材料，因此，在施工過程中應遠離電器設備及電源。

②碳纖維施工中，應保持加固區域環境的清潔衛生，避免微塵飄落在結構表面，影響碳纖維的粘結質量。

③碳纖維施工中所使用的膠會對環境產生污染，對勞動者身體健康會有傷害，因此，應保持通風和加強對勞動者的防護。

④碳纖維材料遇火后，力學性能會發生顯著降低。因此，在使用過程中應嚴禁煙火。

6 結 語

因碳纖維材料自身具有自重輕、抗拉承載力極高、加固方便易操作且不需增加構件的截面尺寸，因此不會改變原有建筑的使用功能和美學觀感，特別適用于改造工程的加固。只要把握好其在施工過程中的各個環節的控制，確保加固的質量，必將給我們的加固工程帶來更多方便。

[1] GB50367-2006，混凝土結構加固設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2006.

[2] CECS146：2003,碳纖維片材加固混凝土結構技術規程[S].北京：中國計劃出版社,2006.

[3] GB50550-2010,建筑結構加固工程施工質量驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2010.