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碳纖維布加固修復混凝土裂縫
1、引言
碳纖維材料用于混凝土裂縫加固修補的研究始于80年代美、日等發達國家。目前，隨著我國經濟建設的逐步增長，已竣工的工程和在建工程，特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變，難以滿足當前規范使用的需求，結構需進行維修、加固，目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設計單位加固設計中常用的一項，它具有強度高、施工速度快、功效高的特點。碳纖維布的抗拉強度能達到3400mpa以上，受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達到2%，單位面積質量≦300g/㎡。
2、碳纖維布加固混凝土結構的技術特點
碳纖維布加固法是將抗拉強度極高的碳纖維用環氧樹脂預浸成為復合增強材料；用環氧樹脂粘結劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補強的結構上，形成一個新的復合體，使增強粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力增大結構的抗裂或抗剪能力，提高結構的強度、剛度、抗裂性和延伸性，達到結構補強和改善結構受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優勢：具有節省空間，施工簡便，不需要現場固定設施，施工質量易保證，基本不增加結構尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，悍馬碳素纖維作為新型的補強材料，而備受青睞和關注。
（1）抗拉強度高，是同等截面鋼材的7-10倍，能達到提高結構的承載力，改善結構的受力性，達到加固目的。
（2）自身重量輕薄，密度只有普通鋼材的1/4，經加固后的原構件基本不會增大自身重量和尺寸。
（3）耐腐濁、耐久性好，可阻抗化學腐濁和惡劣環境、氣候變化。經研究實踐表明在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護層或其他保護材料的碳纖維布壽命在50年左右。
（4）施工方便簡便、施工速度快、基本不占用場地、省時省力施工質量易保證。
（5）適用范圍廣，混凝土構件、鋼結構、木結構均可以加固。特別是對其他加固方法無法進行結構加固的結構碳纖維加固法都可以進行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等。可大幅度提高構件的承載力、抗震性能和耐久性能。
3、碳纖維布加固工程實例
3.1概述
廣場6#樓位于該縣老汽車站。一至七層為購物中心，建筑面積43760㎡，集購物、休閑、娛樂為一體。在工程施工至4層結構時由于業主招商引入某影業有限公司在a區6、7層增設電影院。由于影院功能需求影廳高度要達到9米以上，因此影廳內7層樓面取消，經設計院對a區重新設計驗算對4層以下及地下室柱、進行加固處理。
3.2加固方案
設計院提出2套加固方案
1、外包鋼加固法：梁部位加固在梁底粘貼6mm厚鋼板，柱加固在柱四角包8mm×l80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優點：加固材料可控性好，定期保養、油漆是鋼板長期不銹。缺點施工難度大，周期長，增加構件自重，鋼板與混凝土結構不易粘結。
2、碳纖維布加固法：選用碳纖維布的抗拉強度達到3400mpa以上，受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達到2%，單位面積質量≦300g/㎡。優點：施工容易，重量輕、體積小，速度快，碳纖維布與混凝土結構易結合，壽命能達到30～50年。
考慮到時間就是效益，選用碳纖維布加固法進行加固處理，使工程能提前完工，商場提前開業為業主提前創造效益。
3.3施工工藝流程
施工準備→混凝土表面處理→找平材料配置→構件表面殘缺修補→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養護。
3.4施工工藝要點
3.4．1、表面處理
1）、混凝土表面如出現剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予剔除，對于較大面積的劣質層，在剔除后應用聚合物水泥砂漿進行修復。
2）、裂縫部位，如有必要應先進行封閉處理。
3）、用混凝土角磨機、砂輪（砂紙）等工具，去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（r³ 10mm）。
4)、用吹風機將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強度聚合物砂漿修補表面凹陷底部分。
3.4.2、構件表面殘缺系修補
1）、混凝土表面凹陷部位應用刮刀嵌刮整平膠料修補填平，模板接頭等出現高度差的部位應用整平膠料填補，盡量減少高差。
2）、轉角的處理，應用整平膠料將其修補為光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
3）、整平膠料須固化后（固化時間視現場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時），方可再進行下一道工序。
3．4.3、涂底膠
1）、按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用攪拌器攪拌均勻，根據現場實際氣溫決定用量，并嚴格控制使用時間，在規定時間內用完。
2）、用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構件表面，厚度不超過0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，等膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時），再進行下一道工序。
3.4.4、碳纖維布粘貼
1）、粘貼碳纖維布的氣溫應在10℃以上，按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度應在3m以內。
2）、按悍馬廠家提供的施工工藝規定配置浸漬膠，比重稱量正確裝入容器充分攪拌均勻，一次調和量應在規定時間內用完。用滾筒刷均勻涂抹于所粘貼部位，在搭接、拐角部位適當多涂抹一些。
3）、用特制光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤膠料。當需要搭接粘貼時，搭接長度應大于10cm。多層粘貼應重復以上步驟，待纖維表面指觸感干燥為宜，方可進行下一層碳纖維布的粘貼。
4）、在外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
3.4.5、養護
粘貼碳纖維布后，自然養護1-2小時達到初期固化，應保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達到設計值自然養護應在14天左右。
4、加固效果
碳纖維布粘貼完成達到齡期后，請專業檢測部門對其與混凝土結合強度做了破壞性拉拔試驗，試驗結果拉拔強度超過設計要求，碳纖維布牢固的與混凝土粘結在一起，達到了設計要求。
5、結論
碳纖維布具有輕、薄、高強度、抗腐濁、耐老化等優點。很好的與混凝土結構形成一個共同體，使混凝土結構補強的抗拉強度達到一定的目的。
碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費用差不多，但悍馬碳纖維布加固施工方法簡單、速度快捷、功效高、施工場地占用少、工期短，在工期上具有明顯的優勢。
碳纖維布加固法效果好，強度高、適用范圍廣、施工質量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環境條件的影響，采用悍馬碳纖維布加固后基本不增加結構自身的尺寸和重量，能適應各種其它加固無法施工的結構，碳纖維加固在越來越多的領域廣泛應用。

當前在工程結構加固改造市場上，粘貼碳纖維復合材料加固是當下熱門的加固方式，其原因當然與碳纖維材料的優點有關：重量輕、強度高、耐酸堿、不占原有建筑空間、施工簡便、幾乎無濕作業等。
結構安全無小事，在加固材料的選購上更是體現得淋漓盡致，加固材料是結構加固中對安全影響的因素，因此在選購中，我們一定要仔細篩選、謹慎決定，防止一時疏忽，留下安全隱患。
首先我們要知道碳纖維布有一級300g、一級200g、二級300g和二級200g四種規格，有些圖紙設計說明會直接給出碳布規格。例如設計說明中明確提出碳布采用一級300g，那我們就可以直接跟材料廠家說明規格等級就可以了。
如果設計說明沒有明確提出碳布的等級規格，我們可以根據材料幾項關鍵性能參數進行判斷材料規格等級。例如提到碳布抗拉強度≥3400MPa、彈性模量230GPa、伸長率1.6%，那我們就可以確定碳布等級為一級，抗拉強度≥3000MPa、彈性模量200GPa，伸長率1.5%，說明碳布等級為二級；可以根據碳布厚度確定碳布的克數，厚度為0.167mm，碳布為300g/㎡，厚度為0.111mm，碳布為200g/㎡。
當碳纖維布和浸漬膠進場時，檢查碳纖維布外觀是否有明顯的不平整現象。在施工過程中感受膠體是否好用，膠體如果太稠則會導致施工人員施工體驗性不好，并且膠體很難充分浸透碳布，達到的加固效果，若果膠體太稀，又會導致浸漬膠流淌，影響粘接效果。
如何選擇好的碳布是一件令人極其的事情，市面上眾多品牌的碳纖維布魚龍混雜，令人頭暈目眩的同時看起來似乎都沒什么區別。然而不同的產品卻存在較大的價格差異，部分工程由于采用了劣質產品導致加固失效常有發生，其造成的損失難以估計，因而值得加固改造業的設計、施工、監理和業主單位予以關注，需要多方共同做出努力。

粘貼碳纖維布加固與粘鋼加固能否互換？主要是取決于
碳纖維粘貼加固法:碳纖維粘貼加固是指碳纖維材料通過膠粘劑（浸漬樹脂）充分浸潤、固化，完全粘接固定在構件表面，形成堅韌的復合層，從而對被加固構件起到補強作用。要求被加固構件的現場實測混凝土強度等級不低于C15，且混凝土表面的正拉粘接強度不低于1.5MPa。
粘貼在混凝土構件表面的碳纖維，不得直接暴露于陽光或有害介質中，其表面應進行防護處理。被加固的混凝土結構長期使用的環境溫度不應高于60℃，如果被加固結構處于特殊環境（如高溫、高濕、介質侵蝕、放射等）中，除按國家現行有關標準要求采取相應防護措施外，還應采用耐環境因素作用的膠粘劑，并按專門的工藝要求進行粘貼。
粘鋼加固:亦稱粘貼鋼板加固，是將鋼板采用高性能的環氧類粘接劑粘結于混凝土構件的表面，使鋼板與混凝土形成統一的整體，利用鋼板良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機理比較類似，本質上相當于增加構件配筋，在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
如果碳纖維布抗拉強度設計值取為2000MPa，鋼材(Q235)抗拉強度設計值取為200MPa，可按照0.1mm厚碳纖維布相當于1mm厚鋼板的原則代換。
但應注意以下幾點：碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，但碳纖維的抗拉強度是鋼材的10倍左右，所以要充分發揮加固材料的強度，粘貼碳纖維需要加固構件產生更大的形變。也就是說，在小變形情況下，粘貼碳纖維加固應力滯后顯著，所以當構件承載力相差較多時，應優先選用粘鋼加固；
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致，達到同樣的力值，鋼材截面要大的多，所以粘鋼加固提高構件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說，若補充同樣的抗彎能力，構件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的；
鋼板上可以焊接錨筋，也可鉆孔設植筋錨固，所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活；
碳纖維輕、薄，不需要大型施工機械，運輸儲存、施工簡便，同樣工程量，粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比，屬惰性材料，不銹蝕，也不易被有害介質腐蝕，在惡劣環境下耐久性好。
碳纖維具有柔韌性，能夠包裹復雜外形的構件，并非很光滑的結構建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達到100%，粘貼鋼板是很難達到100%有效的粘貼面，相應的驗收標準僅僅是達到70%。

怎樣進行多層碳纖維布加固？
碳纖維布是一種優質的建筑加固材料，相對于常規加固方法，不僅強度高、質量輕、對原結構空間占用小，同時質軟能像布料一樣適用于復雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術經過多年的發展，如今已經名副其實的成為加固行業中，采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結構中，主要對受彎構件起到加強承載力的作用，就好比鋼筋混凝土結構中受拉區布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達3400MPa的強度，然而在實際的設計施工中，考慮到二次受力等因素的影響，會出現僅采用一層碳纖維布無法達到強度要求的情況，這時就需要采取多層碳纖維布進行加固處理。
多層碳纖維布加固中應用廣的是雙層碳纖維布加固。相對于單層纖維布的粘貼，雙層碳纖維布的施工工藝要復雜一些。雙層碳纖維布粘貼時，應在層碳布浸漬膠達到指干狀態前立即粘貼下一層，若延誤時間超過1小時，則應等待12小時后重新在層碳布上涂抹膠體進行施工，同時在粘貼前需要注意將灰塵等對粘貼效果有影響的雜質進行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴格的要求，在構造措施中同樣也要格外的注意。首先，碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用，混凝土梁受彎產生變形，梁和纖維布要求變形協調，因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會產生拉應力，容易發生端部的剝離破壞，尤其是對于多層碳布來說。而端部采用U型箍，會對碳布起到約束作用，減少了剝離的可能性。
另外，為了保證雙層碳布端部的錨固能力，對碳纖維布進行分層截斷是更加合理的加固方法。在雙層碳布的加固中，有兩種分層截斷的措施可選，分別是外短內長與內短外長，二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷：
傳力路徑
外短內長型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結構中，傳力路徑較長，整體性稍差。
可靠程度
外短內長的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼，錨固失效概率比較高，錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨的對于b端錨固效果來說，內短外長的構造形式將b端頭包裹在其中，對b端頭起到了約束的作用，也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見，兩種構造中內短外長加U型箍的錨固、加固效果要明顯優異于外短內長型。因此，在規范GB 50367-2013中，也明確的推薦內短外長型的構造措施。
還有一點，在雙層碳纖維布中也起到了至關重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間，都是靠膠體進行粘接傳力，相對于單層碳纖維布，雙層碳纖維布由于承受更高的拉應力，因此需要更高性能的膠體，來保證整體共同受力。卡本浸漬膠，通過安全性鑒定，無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。