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咨詢I76-OOI7-2II5《吳工》

碳纖維是一種性能優良的混凝土結構加固材料，它具有耐腐蝕、高強、彈性模量 與鋼相近和抗疲勞性能好等優點。該技術是將高性能纖維材料應用于土木工程， 利用樹脂類膠把碳纖維布粘貼于混凝土結構或構件表面，形成復合材料體 （CFRP），以達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。 研究狀況: 針對該技術在實際橋梁加固應用中尚存在的問題于 2002 年成立專門課題組對粘 貼碳纖維布加固橋梁的關鍵技術開展了相應的研究工作，在橋梁加固設計理論、 施工工藝等方面取得了豐富的應用、研究成果。 該領域取得的主要技術成果: 設計領域的主要技術成果： 1.建立了基于 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》 （JTG D62-2004） 的粘貼碳纖維布加固受彎構件正截面抗彎承載能力計算方法。 2.根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62-2004）， 建立了基于碳纖維布有效應變模型的粘貼碳纖維布加固受彎構件斜截面抗剪承 載能力計算方法。 施工領域的主要技術成果： 1.課題組結合山東省養護計劃，先后完成了德州武城大橋（5 孔）、日照楊店子 橋（1 孔）、濱州城頭橋、棗莊臺兒莊橋、京滬高速公路下水泉立交橋的試驗性 加固設計、施工工作。 2.初步形成了具有特色的粘貼加固設計、施工、監理工作管理程序，為該技術在 橋梁加固領域的健康發展積累了豐富的經驗。 室內試驗的主要技術成果： 1.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁受彎破壞性試驗 （12 根鋼筋混凝土試驗梁梁長 2.7 米、截面尺寸為 375px×625px） 2.碳纖維布加固鋼筋混凝土梁的受剪破壞性試驗成果 （19 根鋼筋混凝土試驗梁，梁長 3.1m，截面高度 375px×875px） 不同破壞模式對應的抗剪加固梁典型破壞形態： 施工技術要求: 被加固構件的基面要求混凝土強度不低于 C15，且保護層應平整、完好； 碳纖維布宜采用薄布多層的粘貼方法， 使其與粘接材料充分浸潤， 確保粘接效果； 碳纖維布若確需搭接時， 其搭接部位應避開構件應力zui大區段，且搭接長度不應 小于 100mm, 多層搭接的各層接口位置不應在同一斷面，每層接口位置的凈距 宜大于 200mm； 施工時應注意氣溫不以低于 5℃、無雨，環境濕度不大于 70%。 試驗驗證： 為驗證粘貼碳纖維布對已有裂縫的抑制能力，結合該橋大修工程，采用為檢驗加 固效果，分別進行了加固前后的對比性荷載試驗。 試驗檢測項目： 縱向控制裂縫寬度、板底混凝土橫向應變、撓度橫向分布； 加載方案與分級： 按縱向zui大彎矩與橫向zui大彎矩的荷載位置， 將加載過程分為三級， 即單車居中、 雙車居中對稱、三車居中對稱。 試驗結果與結論： 粘貼碳纖維布可有效抑制已有裂縫的再擴展。本橋不可恢復的裂縫寬度為 1.0mm。在相同的試驗荷載作用下， 加固前，zui大裂縫寬度增量為 0.4mm， 加固后，裂縫寬度未見明顯變化； 加固后，橋梁荷載橫向分布規律發生變化，橫向整體受力性能大大提高； 粘貼碳纖維布可一定程度上提高上部結構的縱向整體平均剛度， 改善結構的彈性 工作性能。

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碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。碳纖維材料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。我國的這項技術起步很晚，但隨著我國經濟建設和交通事業的飛速發展，現有建筑中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些建筑由于使用功能的改變，難以滿足當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。目前常用的加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等。碳纖維加固修補結構技術是繼加大混凝土截面、粘鋼之后的又一種新型的結構加固技術。

一：技術標準

早通過的規范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》，其編號為CECS146：2003,

已經被的國家標準規范2013《混凝土結構加固設計規范》代替,其編號為GB 50367-2013.

碳纖維加固zui近的國標是《結構加固修復用碳纖維片材》GB/T 21490-2008,08年10月1日起執行。

《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》

二：材料特點

碳纖維與傳統的加大混凝土截面或粘鋼混凝土補強相比，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，碳素纖維作為劃時代的補強材料，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。

(2)重量輕，密度只有普通鋼材的1/4。

(3)耐久性好，可阻抗化學腐蝕和惡劣環境、氣候變化的破壞。

(4)施工方便快捷、省力節時、施工質量易于保證。

(5)適用范圍廣，混凝土構件、鋼結構、木結構均可進行加固?？纱蠓忍岣邩嫾某休d能力、抗震性能和耐久性能。

三：適用范圍

碳纖維加固法可用于混凝土結構抗彎、抗剪加固，同時廣泛用于各類工業與民用建筑物、構造物的防震、防裂、防腐的補強。

·混凝土結構物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固。

·隧道、港灣設施、煙囪、倉庫、廠房的加固。

·受鹽害的混凝土、橋梁以及河川構造物的防護和加固。

四：機具設備

主要機具有砂輪切割機、角磨機、滾刷等，一般在2～4臺即可滿足工程要求。

五：勞動組織

每100M?0?5面積碳纖維加固安排4名技術工人、6名普工。

六：質量要求

1． 所有進場材料，包括碳纖維材料和膠結材料，必須符合質量標準，并具有出廠產品合格證，符合工程加固補強設計要求。

2． 碳纖維材料在運輸、儲存中不得受擠壓，以免碳纖維受損，也不得直接日曬和雨淋，膠結材料應陰涼密閉儲存。

3． 各工序的施工質量，由技術人員負責指導、監督，每一道工序完成后提請技術員檢查、認可后，才能進行下道工序。

4． 涂底層涂料

涂料應涂刷均勻、不得漏涂，嚴禁在不適合氣溫條件下施工，添加溶劑稀釋后的涂料應在規定時間內用完。

溫度低于7℃，相對濕度RH<85%，混凝土表面含水率在8%以下，無結露現象時，必須使用改性環氧樹脂。

5. 構件表面殘缺修補

構造物表面小孔、內角必須用環氧膩子修補平整，膩子涂刮后，表面仍存在的不平糙紋，應再用砂紙磨平。

6. 粘貼碳纖維

①貼碳纖維材料時須符合下述條件：

a、碳纖維材料應按規定裁切。

b、氣溫、空氣濕度、構件表面含水率等符合要求。

c、底層涂料及膩子達到指觸干燥（樹脂表面達到固化硬結）。

d、粘結樹脂的類型與施工時的氣溫適合，主劑和固化劑、固化促進劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調和量應在規定時間內用完。

②碳纖維粘貼的質量檢驗標準。

a、下涂和上涂滲浸入碳纖維束良好。

b、碳纖維粘結嚴實。

c、對于直徑在10mm以上30mm以下的空鼓，每平方米少于10個可認為合格；若每平方米在10個以上，則認為不合格，需進行補修。對于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現，即認為不合格，需進行補修。

d、順纖維方向搭接長度不小于20cm,各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯開至少50cm。

e、碳纖維材料規格，粘貼位置、長度、寬度、纖維方向、層數符合規定。

七：碳纖維布技術參數[1] 

碳纖維加固混凝土裂縫技術

對于寬度大于0.2mm的獨立貫通裂縫，采用壓力灌注結構膠的方法進行補強，同時沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼碳纖維，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土共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?！〕Ｓ糜诟仔扪a的工字梁可以抵擋136~181kN的拉力，避免墻體彎曲，而10cm寬的碳纖維條可接受8至10倍這樣的壓力，其厚度只要3.2mm。

用碳纖維修補房屋裂縫有以下優點

a、重量輕，厚度薄，基本不增加結構自重及截面尺寸。

b、適用面廣，靈活性強，可用于各種類型和形狀的結構構件加固。

c、施工方便快捷，不需要大型機具，沒有濕作業，無需動火，無需其他固定措施，不受原結構形狀限制。

d、高耐久性，由于不會生銹，非常適合在高酸、堿、鹽及大氣腐蝕壞境中使用。

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