1.前言

工程材料的進步及新材料的發現是土木工程發展的前提和動力。碳纖維材料的出現及其應用,使土木工程加固與補強技術研究更上一個臺階。碳纖維布是一種新型建材,因其質輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強度高而被廣泛應用。碳纖維布加固法亦被視為梁式橋加固補強、提高承載能力,尤其是當高度受限制時的首選加固方法,其施工工藝亦較簡單。

碳纖維布加固修補結構技術是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結構及構件加固補強的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結構加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家，我國起步很晚，國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心引進開發了此項目，并在全國建筑加固與鑒定第四屆學術會議上獲獎。現將碳纖維布加固橋梁混凝土結構施工工藝總結編制成工法。

2.工法特點

2.1 碳纖維布強度高，效果好。

2.2加固後能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性。

2.3自重輕，加固修補後，基本不增加原結構自重及原構件尺寸。柔性好，易于裁剪，適用范圍廣。

2.4施工簡便（不需大型施工機構及周轉材料），工效高，不需現場固定設施，施工占用場地少易于操作，經濟性好。

2.5施工工期短，因此，碳纖維結構加固技術在混凝土結構加固方面已產生較大的效應。

3.適用范圍

3.1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。廣泛用于各種類型和形狀的混凝土結構，且不改變結構形狀以及不影響結構外觀。

3.2基層混凝土的強度等級不低于C15。

4.工藝原理

加固機理是將碳纖維布采用高性能的環氧類粘結劑粘結于混凝土構件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。碳纖維布的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑後，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結構共同工作，從而達到加固的目的。

5.施工工藝流程及操作要點

5.1施工工藝流程

施工工藝流程

5.2 操作要點

5.2.1 梁底粘貼碳纖維布加固設計方案

根據實際情況，梁底采用了粘貼碳纖維布的加固方式。碳纖維布粘貼于梁肋下方，空心板肋板下布設25cm寬的單層碳纖維布和50cm寬的雙層碳纖維布，箱梁肋板下布設50cm寬的雙層碳纖維布。碳纖維布材料選用不大于12k（1k=1000）的小絲束聚丙烯腈基,單層碳纖維布材的單位面積纖維質量為300g/m2。

空心板粘貼碳纖維布橫斷面布置形式

箱梁梁底粘貼碳纖維布橫斷面布置形式

5.2.3 混凝土表面處理

（1）在混凝土表面劃線，確定粘貼碳纖維布位置。

（2）在該范圍除去粉刷層，清除結構表面剝落、疏松、蜂窩等劣質混凝土，露出混凝土結構層，混凝土表面凸起部分應鑿掉，使其盡可能平整，必要時可用修補材料將表面修復平整。

（3）轉角粘貼處要進行倒角處理，并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。

（4）被粘貼混凝土面打磨平整，除去表層浮漿、松散物及油污等雜質，直至露出混凝土新面。

（5）用丙酮或工業酒精清洗混凝土表面化，要求無灰塵、無油污、并保持清潔干燥。

混凝土表面處理

5.2.4 涂刷底膠

（1）配制底層樹脂膠，根據環境溫度控制的濃度，底膠濃度不宜大。

（2）將底膠涂抹在混凝土表面，用筆刷和橡皮刮刀用力反復涂抹，使底膠能均勻充

分地粘附混凝土表面，并浸入混凝土。

5.2.5 找平處理

（1）配制底層樹脂膠，攪拌要充分均勻。

（2）底層樹脂膠水干燥後對混凝土表面凹陷部分用找平膠修補、平整。不應有棱角。

（3）轉角處應用找平膠修復為光滑的圓弧形，半徑不小于20mm。

（4）找平膠水干燥後進行下一步工序。

5.2.6 粘貼碳纖維布

（1）按結構尺寸裁剪碳纖維布，為便于粘貼，裁剪好的碳纖維布應卷在小圓棍或圓筒上，并編號以備使用。在裁剪和卷布過程應保持碳纖維布表面無灰塵、雜物。

（2）配制浸漬膠：根據需粘貼的碳纖維量確定所需浸漬膠的數量，按比例將A、B兩組份膠均勻的攪拌。每次攪拌的膠當次使用，超過時間不可使用，每次配膠量不宜超過2公斤。

（3）將配制好的浸漬膠用毛刷均勻地涂抹在結構表面，然後將碳纖維面均勻地敷設在浸漬膠層上。用專用的橡膠滾或橡膠刮刀，沿纖維方向用力滾壓或刮平，應注意不要來回滾壓、刮平，應沿一個方向滾壓、刮平，排除氣泡和多余的膠液，使浸漬膠充分滲透碳纖維布并與混凝土表面牢固粘接。滾壓、刮平時不得傷碳纖維布。

涂抹底面膠、粘貼碳纖維布

5.2.7 涂刷浸漬膠

在碳纖維布表面再次均勻涂抹浸漬膠，用滾筒或橡膠刮刀滾壓、抹平，應使浸漬膠充分滲透碳纖維布。

5.2.8 養護、固化

（1）碳纖維布補強施工後應防止雨淋或受潮，并注意保護施工面不受硬物損傷。

（2）一般情況下在常溫下養護、固化，當環境溫度保持在20℃以上時，24小時固化，具有一定強度，3～5天可受力，若低于15℃固化時間延長，10～15天方可受力使用。必要時也可采取人工加溫，保持溫度在15℃～20℃，一般使用紅外線燈加熱。

碳纖維布二次刮膠

養護固化

5.2.9 粘貼碳纖維布施工注意事項

（1）碳纖維復合材料為導電材料，使用時應盡量遠離電氣設備及電源。

（2）使用中應避免碳纖維布的彎折。

（3）碳纖維布配套樹脂膠的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。

（4）樹脂膠的配制和使用場所，應保持通風良好。

（5）現場施工人員應采取一定的勞動保護措施。

（6）現場施工電器、照明用電必須安全、可靠。

6.材料

6.1材料用量

工程所用材料

本橋加固所用碳纖維材料選用不大于12k（1k=1000）的小絲束聚丙烯腈基（PAN基纖維），不得使用大絲束纖維。

碳纖維復合材料的主要力學性能指標如下：

主要力學指標

碳纖維板材滿足高強度I級板要求的板材，寬度100mm，厚度1.2mm，且其纖維體積含量實測值需高于70%。

單層碳纖維布材的單位面積纖維質量為300g/m2。

7.效益分析

7.1 經濟效益分析

由于施工快，能緩解工期，節約加固材料，不需要大型機械施工，節省費用，經濟效益很高。

7.2 社會效益分析

碳纖維加固無需對結構進行卸載，對于橋梁結構無需中斷道路交通運輸，且不會影響加固效果。對于高速公路和主要交通干線公路尤其有利，可完全避免中斷交通帶來的經濟損失。同時采用不中斷交通的加固方式，也給人們的日常出行避免需繞道通行的不便，創造了良好的社會效益。