CN107246158A - 碳纤维布加固技术的施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维布加固技术的施工工艺，依次包括以下步骤：施工准备、混凝土表面处理、涂底胶、修补找平、粘贴碳纤维布、碳纤维布表面处理以及检验；通过在混凝土结构外部粘贴碳纤维布，通过二者协同受力，达到加固目的，减少建筑使用空间、施工周期长、耐腐蚀性差等缺点，最大限度地保证了原有结构的布局特征和使用功能，提高了结构的承载能力，进而提高专业设计服务的监测以及安全操作管理的性能。

Description

碳纤维布加固技术的施工工艺

技术领域

本发明涉及建筑施工建设技术领域，更具体地说，它涉及一种碳纤维布加固技术的施工工艺。

背景技术

钢筋混凝土梁作为基本的压弯构件，广泛应用于建筑结构的各个方面；随着时间推移，早期钢筋混凝土梁已进入带裂缝工作阶段，由于早期设计更多考虑重力荷载作用而忽视抗震能力，所以防震效果较差；随着使用时间延长或者一旦强震发生，钢筋混凝土梁就会发生严重损害，出于安全和生命财产考虑，对钢筋混凝土梁进行抗弯拉加固是很有必要的。

传统的方法有增大截面法、外包钢法、CFRP约束混凝土法三种方法均能较好地提高混凝土梁的承载能力；但加大截面法施工工期相对较长，且对构件尺寸和自重增加较大，外包钢法造价高，易受外界环境的影响，且对混凝土横向约束力较低；所以缺少稳定提高对建筑结构加固强度的方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳纤维布加固技术的施工工艺，具有提高其对建筑结构加固强度的作用。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种碳纤维布加固技术的施工工艺，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据施工现场的实际情况，采用钢管搭设脚手架，其上满铺脚手板，且根据加固设计图纸的要求，在需粘贴碳纤维布的混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置；

S2、混凝土表面处理：将混凝土表面的杂质进行清除，且将粘贴碳纤维布的混凝土表面的劣化层除去，并用丙酮或二甲苯擦净，确保其充分干燥、平整无灰尘；

S3、涂底胶：按比例充分搅拌配制后的底胶，并在处理好的混凝土表面上均匀涂摸，且使底胶渗入混凝土表面的孔隙中，待指触干燥后，进入下一步工序；

S4、修补找平：待底胶表面指触于燥后进行找平处理，且混凝土表面凹陷部位用环氧腻子填补平整，粘贴面平整度应达到5mm/m，转角处用找平材料修复成光滑的圆弧，且半径不小于20mm；

S5、粘贴碳纤维布：把经处理后的混凝土表面用丙酮擦拭干净，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将配制后的粘结胶均匀涂抹在粘贴部位的混凝土面上，再将裁剪好的碳纤维布敷设在涂好粘结胶的基层上，并用滚筒沿碳纤维的纤维方向多次滚压，使粘结胶充分浸透碳纤维中，多层粘贴时，可重复上述步骤，且在表面指触干燥后立即进行下一层粘贴；

S6、碳纤维布表面处理：粘接最后一层碳纤维上均匀涂抹一道粘结胶进行保护；

S7、检验：粘贴碳纤维完工经固化后，检验粘贴部位密实度，并做好检验记录。

如此设置，从受力性能来看，碳纤维材料具有很高的拉伸强度和抗疲劳性能，适合于梁、板、柱的加固；从材料特征看，作为柔性材料，碳纤维布在施工现场可以根据需要绕过各种管道实施、穿墙过洞，可以在狭小空间内施工，还可以叠合成任意形状加固复杂形状的结构；通过施工准备以及混凝土表面进行处理，提高碳纤维布与混凝土之间的相互贴合度；同时通过底胶将碳纤维布粘接于混凝土表面，且对混凝土铺设时将表面进行修补找平，再通过粘结胶将相互之间的碳纤维布粘接，从实践应用角度来看，碳纤维加固混凝土技术避免了其他加固方法增大结构尺寸，减少建筑使用空间，增加自重、施工周期长、耐腐蚀性差等缺点，最大限度地保证了原有结构的布局特征和使用功能；加固后的结构作为二次组合结构通过新、旧两部分整体工作，提高了结构的承载能力；与传统的加大截面法、外包钢板法、缠绕钢丝、预应力法相比，碳纤维材料加固混凝土技术无加固损伤，不用担心中于结构新、旧结合处的应力集中而减弱加固效果；与粘钢板加固技术相比，碳纤维加固不需要大型辅助机具，施工简便，有效粘贴面积易于保证，施工效率较高，符合工程工期要求紧的需要，为后续工序创造了有利条件；在工程控制方面，碳纤维加固技术是通过在混凝土结构外部粘贴碳纤维布，通过二者协同受力，达到加固目的；粘结剂是进行碳纤维粘贴控制、实现碳纤维工程性能的关键；由于采用了碳纤维材料加固技术，有效提高了原有结构的承载能力和结构耐久性；其重量轻比重仅是钢板的 20%左右，因此加固后基本不增加原结构自重；碳纤维重量轻简便施工，不受施工空间的限制，施工速度快；且不受形状限制，加固后均可保持物体原状，且不影响表面装饰；采用碳纤维布加固可使裂缝宽度得到一定的控制，使裂缝的宽度和间距明显变小，裂缝变细、变密、变短，从而提高混凝土的耐腐蚀性以及受力能力，进而提高专业设计服务的监测以及安全操作管理的性能。

进一步设置：所述混凝土表面处理包括以下步骤：1）用钢丝刷清理混凝土表面，除去灰尘、水泥粉末和松散的混凝土碎屑，露出干净的混凝土表面；2）在粘贴碳布部位，用手提砂轮机将混凝土表面劣化层进行除去，并打磨至粗骨料出现，完全露出混凝土结构新面；3）打磨完后用高压气枪将粉尘及松动物质清除，并确保其充分干燥，混凝土表面用丙酮擦拭干净，达到平整无灰尘；4）转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状，且圆弧半径不小于20mm。

如此设置，通过对表面进行清理，且将表层的劣化层进行除去，使混凝土的结构新面与碳纤维布粘接，同时混凝土表面用丙酮擦拭干净，达到平整无灰尘，提高碳纤维布粘附于混凝土表面的平整度以及粘接稳定性。

进一步设置：混凝土打磨的范围大于碳纤维布的宽度，且宽度为20mm。

如此设置，使碳纤维布完全与混凝土打磨的面接触，提高碳纤维布接触的稳定性。

进一步设置：步骤3中底胶包括有主剂和硬化剂，其重量比为3:1，将称量好的主剂和硬化剂倒入桶中，搅拌均匀且使用时无沉淀、色差。

如此设置，具有提高底胶的粘接牢固度，是碳纤维布与混凝土粘接更加稳定，同时通过硬化剂是其底胶快速固化成形。

进一步设置：所述主剂为双酚A型环氧树脂，硬化剂为双氰胺。

如此设置，双酚A型环氧树脂是由双酚A、环氧氯丙烷在碱性条件下缩合，经水洗，脱溶剂精制而成的高分子化合物，具有对各种材料特别是对金属的黏着力很强、有很强的耐化学腐蚀性、力学强度很高、电绝缘性好、耐腐蚀等；环氧树脂可以在相当宽的温度范围内固化，而且固化时体积收缩小；双氰胺用作环氧树脂胶黏剂潜伏型固化剂，提高底胶的快速固化的作用。

进一步设置：所述粘贴碳纤维布具体包括以下步骤：1）裁剪碳纤维布：将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，碳纤维布在纵向需搭接时，搭接长度不小于150mm，切口整齐且与碳纤维布的横向编织丝重合设置；2）涂刷第一层浸润胶：找平胶表面指触干燥后开始涂刷第一层浸润胶，将配制好的浸润胶均匀涂抹于所要粘贴的混凝土基层，用橡胶刮板均匀抹平；3）粘贴碳纤维布：将预先剪好的碳纤维布铺到涂有浸润胶的混凝土面上，一边铺一边用脱泡滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，以去除气泡，在整段碳纤维布完全贴合到混凝土表面之后，再用脱泡滚筒反复碾压，使浸润胶充分浸透纤维丝和除去纤维丝之间的空气；4）涂刷第二层浸润胶：碳纤维布浸透刮平后，需再涂一层浸润胶，用橡胶刮板、脱泡滚筒重复以上操作，使碳纤维布含浸完全，同时除去所有的气泡和多余树脂；5）多层碳纤维布粘贴：重复2）至4）工序的操作，间隔时间保证在12h以上，粘贴时碳纤维布的搭接位置相互错开。

如此设置，通过裁剪碳纤维布依次有铺设，通过使浸润胶充分浸透纤维丝和除去纤维丝之间的空气，提高相邻碳纤维布之间的粘贴强度以及稳定性；碳纤维片通过含有预浸树脂，其作用是使纤维之间相互约束、相互粘结成为共同受力的整体，提高碳纤维布粘接于建筑物上时的加固强度。

进一步设置：涂刷第二层浸润胶时，采用单方向涂刷，同时加强作用于滚筒上的滚压。

如此设置，单方向涂刷可提高碳纤维丝受力的均匀性，同时加强滚压，确保没有空鼓，提高碳纤维布粘接于建筑物上的贴合度以及受力均匀性。

进一步设置：最后一层碳纤维布粘贴时涂刷均匀、周边整齐，且固定时用横向碳纤维或粘钢固定。

如此设置，通过固定时用横向碳纤维或粘钢固定提高整体的连接稳定性以及整体强度。

进一步设置：碳纤维布选用300g/m²的单层碳纤维布，抗拉强度≥3400MPa，弹性模量≥2.4×105MPa，极限延伸率≥1.7%。

如此设置，碳纤维布具有良好的抗拉强度以及弹性模量，提高其产生形变的极限延伸量，即可提高碳纤维布加固的受力强度。

进一步设置：混凝土表面处理中，粘接部位混凝土表层含水率＞4%，且环境温度＜5℃。

如此设置，混凝土表层的含水率以及环境温度处于合适的范围内，可提高碳纤维布粘接于混凝土表面上的粘接强度以及粘接稳定性。

通过采用上述技术方案，本发明相对现有技术相比：碳纤维加固技术具有良好的技术经济效益、社会效益和环境效益，随着材料成本的不断降低，被广泛地应用于建筑物、隧道、桥梁、涵洞及地下结构工程；在混凝土加固工程中，由于采用了碳纤维材料加固技术，有效提高了原有结构的承载能力和结构耐久性；其重量轻比重仅是钢板的 20%左右，因此加固后基本不增加原结构自重；碳纤维重量轻简便施工，不受施工空间的限制，施工速度快；且不受形状限制，加固后均可保持物体原状，且不影响表面装饰；采用碳纤维布加固可使裂缝宽度得到一定的控制，使裂缝的宽度和间距明显变小，裂缝变细、变密、变短，一般裂缝宽度可控制在 0.2mm 以内，从而提高混凝土的耐腐蚀性。

具体实施方式

以下对碳纤维布加固技术的施工工艺做进一步说明。

一种碳纤维布加固技术的施工工艺，包括以下步骤：

S1、施工准备

根据施工现场的实际情况，采用钢管搭设脚手架，其上满铺脚手板；且根据加固设计图纸的要求，在需粘贴碳纤维布的混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置；碳纤维布选用300g/m²的单层碳纤维布，抗拉强度≥3400MPa，弹性模量≥2.4×105MPa，极限延伸率≥1.7%。

S2、混凝土表面处理

1）用钢丝刷清理混凝土表面，除去灰尘、水泥粉末和松散的混凝土碎屑，露出干净的混凝土表面；

2）在粘贴碳布部位，用手提砂轮机将混凝土表面劣化层（风化层、污物、脱模剂层、浮浆、浮块）进行除去，并打磨至粗骨料出现，完全露出混凝土结构新面；且混凝土打磨的范围大于碳纤维布的宽度，且宽度为20mm；

3）打磨完后用高压气枪将粉尘及松动物质清除，并确保其充分干燥，混凝土表面用丙酮擦拭干净，达到平整无灰尘，粘接部位混凝土表层含水率＞4%，且环境温度＜5℃；

4）若补强施工范围内存在锐利棱角，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm，以免造成应力集中而降低补强效果。

S3、涂底胶

底胶包括有主剂和硬化剂，主剂为双酚A型环氧树脂，硬化剂为双氰胺，其重量比为3:1；将称量好的主剂和硬化剂倒入桶中，搅拌均匀且使用时无沉淀、色差；并在处理好的混凝土表面上均匀涂摸，且使底胶渗入混凝土表面的孔隙中，确保混凝土及碳纤维布之间充分结合，根据标准用量控制厚度，在有效操作时间内，用滚动型毛刷将底层树脂均匀涂布在粘贴面上，使每一个部位均涂有底胶，待指触干燥后，进入下一步工序。

S4、修补找平

待底胶表面指触于燥后进行找平处理，且混凝土表面凹陷部位用环氧腻子填补平整，粘贴面平整度应达到5mm/m，转角处用找平材料修复成光滑的圆弧，且半径不小于20mm，保证碳纤维布与混凝土良好粘结，形成一个复合体，共同抵抗外力作用。

S5、粘贴碳纤维布

把经处理后的混凝土表面用丙酮擦拭干净，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将配制后的粘结胶均匀涂抹在粘贴部位的混凝土面上，再将裁剪好的碳纤维布敷设在涂好粘结胶的基层上，并用滚筒沿碳纤维的纤维方向多次滚压，使粘结胶充分浸透碳纤维中，多层粘贴时，可重复上述步骤，且在表面指触干燥后立即进行下一层粘贴，其具体步骤如下：

1）裁剪碳纤维布：将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，碳纤维布在纵向需搭接时，搭接长度不小于150mm，切口整齐且与碳纤维布的横向编织丝重合设置；

2）涂刷第一层浸润胶：找平胶表面指触干燥后开始涂刷第一层浸润胶，将配制好的浸润胶均匀涂抹于所要粘贴的混凝土基层，用橡胶刮板均匀抹平；

3）粘贴碳纤维布：将预先剪好的碳纤维布铺到涂有浸润胶的混凝土面上，一边铺一边用脱泡滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，以去除气泡，在整段碳纤维布完全贴合到混凝土表面之后，再用脱泡滚筒反复碾压，使浸润胶充分浸透纤维丝和除去纤维丝之间的空气；

4）涂刷第二层浸润胶：碳纤维布浸透刮平后，需再涂一层浸润胶，采用单方向涂刷，用橡胶刮板、脱泡滚筒重复以上操作，使碳纤维布含浸完全，同时除去所有的气泡和多余树脂，如果发现有浸润胶未浸透的部分，要注意加强滚压，滚压时不得损伤碳纤维布；

5）多层碳纤维布粘贴：重复2）至4）工序的操作，间隔时间保证在12h以上，粘贴时碳纤维布的搭接位置相互错开；最后一层碳纤维布粘贴时涂刷均匀、周边整齐，且固定时用横向碳纤维或粘钢固定。

S6、碳纤维布表面处理

为了满足功能需要，对碳纤维布表面进行处理，如在表面做涂料时，需要考虑与碳布的粘结性、环境的适应性去选择合适的涂料；如在表面抹水泥砂浆时，考虑到碳布表面较光滑，在涂最后一道浸润胶时，可先撒一些石英砂细骨料，待其固化后，再进行表面除理。

S7、检验

粘贴碳纤维完工经固化后，检验粘贴部位密实度，并做好检验记录。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1、施工准备：根据施工现场的实际情况，采用钢管搭设脚手架，其上满铺脚手板，且根据加固设计图纸的要求，在需粘贴碳纤维布的混凝土表面放线标出粘贴碳纤维布的位置；

S2、混凝土表面处理：将混凝土表面的杂质进行清除，且将粘贴碳纤维布的混凝土表面的劣化层除去，并用丙酮或二甲苯擦净，确保其充分干燥、平整无灰尘；

S3、涂底胶：按比例充分搅拌配制后的底胶，并在处理好的混凝土表面上均匀涂摸，且使底胶渗入混凝土表面的孔隙中，待指触干燥后，进入下一步工序；

S4、修补找平：待底胶表面指触于燥后进行找平处理，且混凝土表面凹陷部位用环氧腻子填补平整，粘贴面平整度应达到5mm/m，转角处用找平材料修复成光滑的圆弧，且半径不小于20mm；

S5、粘贴碳纤维布：把经处理后的混凝土表面用丙酮擦拭干净，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将配制后的粘结胶均匀涂抹在粘贴部位的混凝土面上，再将裁剪好的碳纤维布敷设在涂好粘结胶的基层上，并用滚筒沿碳纤维的纤维方向多次滚压，使粘结胶充分浸透碳纤维中，多层粘贴时，可重复上述步骤，且在表面指触干燥后立即进行下一层粘贴；

S6、碳纤维布表面处理：粘接最后一层碳纤维上均匀涂抹一道粘结胶进行保护；

S7、检验：粘贴碳纤维完工经固化后，检验粘贴部位密实度，并做好检验记录。

2.根据权利要求1所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于，所述混凝土表面处理包括以下步骤：

1）用钢丝刷清理混凝土表面，除去灰尘、水泥粉末和松散的混凝土碎屑，露出干净的混凝土表面；

2）在粘贴碳布部位，用手提砂轮机将混凝土表面劣化层进行除去，并打磨至粗骨料出现，完全露出混凝土结构新面；

3）打磨完后用高压气枪将粉尘及松动物质清除，并确保其充分干燥，混凝土表面用丙酮擦拭干净，达到平整无灰尘；

4）转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状，且圆弧半径不小于20mm。

3.根据权利要求2所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：混凝土打磨的范围大于碳纤维布的宽度，且宽度为20mm。

4.根据权利要求1所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：步骤3中底胶包括有主剂和硬化剂，其重量比为3:1，将称量好的主剂和硬化剂倒入桶中，搅拌均匀且使用时无沉淀、色差。

5.根据权利要求4所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：所述主剂为双酚A型环氧树脂，硬化剂为双氰胺。

6.根据权利要求1所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于，所述粘贴碳纤维布具体包括以下步骤：

1）裁剪碳纤维布：将碳纤维布按设计尺寸预先裁好，碳纤维布在纵向需搭接时，搭接长度不小于150mm，切口整齐且与碳纤维布的横向编织丝重合设置；

2）涂刷第一层浸润胶：找平胶表面指触干燥后开始涂刷第一层浸润胶，将配制好的浸润胶均匀涂抹于所要粘贴的混凝土基层，用橡胶刮板均匀抹平；

3）粘贴碳纤维布：将预先剪好的碳纤维布铺到涂有浸润胶的混凝土面上，一边铺一边用脱泡滚筒或刮刀沿纤维方向用力刮平，以去除气泡，在整段碳纤维布完全贴合到混凝土表面之后，再用脱泡滚筒反复碾压，使浸润胶充分浸透纤维丝和除去纤维丝之间的空气；

4）涂刷第二层浸润胶：碳纤维布浸透刮平后，需再涂一层浸润胶，用橡胶刮板、脱泡滚筒重复以上操作，使碳纤维布含浸完全，同时除去所有的气泡和多余树脂；

5）多层碳纤维布粘贴：重复2）至4）工序的操作，间隔时间保证在12h以上，粘贴时碳纤维布的搭接位置相互错开。

7.根据权利要求6所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：涂刷第二层浸润胶时，采用单方向涂刷，同时加强作用于滚筒上的滚压。

8.根据权利要求6所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：最后一层碳纤维布粘贴时涂刷均匀、周边整齐，且固定时用横向碳纤维或粘钢固定。

9.根据权利要求1所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：碳纤维布选用300g/m²的单层碳纤维布，抗拉强度≥3400MPa，弹性模量≥2.4×105MPa，极限延伸率≥1.7%。

10.根据权利要求1所述的碳纤维布加固技术的施工工艺，其特征在于：混凝土表面处理中，粘接部位混凝土表层含水率＞4%，且环境温度＜5℃。