碳纤维布抗拉强度

碳纤维复合材安全性能指标

注： L 形板的安全性及适配性检验合格指标按高强度 II 级条形预成型板（条形板）采用。 

玻璃纤维单向织物复合材安全性能指标

纤维材料的主要力学性能

注：本表的分级方法及其性能指标仅适用于结构加固，与其他用途的等级划分无关。 

碳纤维片 carbon fiber reinforced polymer laminate
碳纤维布 carbon fiber sheet
碳纤维板 carbon fiber plate
底层树脂 primer
找平材料 putty fillers
浸渍树脂 saturating resin
粘结树脂 adhesives 

碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套胶粘剂共同使用，可构成完整的性能**的同固碳纤维布材增强体系。该体系适用于梁、 柱、板、隧道、圆形、弧等。

产品特点
1 、 自重轻、厚度小；
2 、任意长度、免搭接； 
3 、材料不用预加工；
4 、工序方便，不用加压和起重；
5 、较高的强度；
6 、**的抗疲劳能力；
7 、抗碱、抗腐、抗酸；
8 、自重轻，能在狭小的空间操作，施工时不影响房屋正常使用；
9 、强度高，能灵活的用于抗弯、封闭箍和抗剪加固；
10 、具有柔韧性，能包裹复杂外型的构件；
11 、适用于各种构件表面（梁、柱、通风筒、管道、墙体）；
12 、抗碱等化学腐蚀和恶劣环境（本身**）；
13 、可对织物进行重复利用；
14 、织物覆盖平整；
15 、贮存寿命长、允许操作期限长；
16 、强度高、高模量粘结剂；
17 、基材可以是混凝土、砌体结构、木结构等许多结构建材；
18 、*荷载作用下抗蠕变；
19 、抗腐蚀和抗震性能好；
20 、具有触变性和易溶性，符合环保要求。

结构碳纤维加固技术

1 、 前言 
 碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料 (CFRP) 用于混凝土结构加固修补的研究始于 80 年代美、日等发达国家，我国起步很晚，国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目，并在全国建筑加固与鉴定*四届学术会议上获奖。

2 、特点
（ 1 ）高强高效，适用面广，质量易保证。
（ 2 ）施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少。
（ 3 ）耐腐蚀及耐久性能较佳。
（ 4 ）加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。

3 、适用范围
（ 1 ）适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。
（ 2 ）基层混凝土的强度等级不低于 C15 。

4 、工艺原理
加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。

5 、工艺流程及操作要求

工艺流程为卸荷 → 基底处理 → 涂底胶 → 找平 → 粘贴 → 保护。
（ 1 ）卸荷：加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。
（ 2 ）基底处理
1) 混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。
2) 裂缝部位应首先进行封闭处理。
3) 用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状 (R ≥ 1 0 ㎜ ) 。
4) 用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。
（ 3 ）涂底胶 (FP 胶 )
1) 按主剂：固化剂 =2 ： 1 的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。一般情况下 1h 内用完。
2) 用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后 ( 固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准 ) 再进行下一工序施工。一般固化时间为 2 ～ 3d 。
（ 4 ）找平
1) 混凝土表面凹陷部位应用 PE 胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用 PE 胶填补，尽量减小高度差。
2) 转角处也应用 PE 胶修补成光滑的圆弧，半径不小于 10mm 。
（ 5 ）粘贴
1) 按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在 3m 之内。
2) 调配、搅拌粘贴材料 FR 胶 ( 使用方法与底胶 FP 相同 ) ，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
3) 粘贴碳纤维布，在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸，用特制滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使 FR 胶充分浸透碳纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
4) 在较后一层碳纤维布的表面均匀涂抹 FR 胶。
5) 碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于 100mm ，碳纤维端部固定用横向碳纤维或粘钢固定。
（ 6 ）保护：加固后的碳纤维布表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护。

6 、材料
碳纤维材料化 (CFRP) 加固修补混凝土结构所用材料主要为碳纤维材料与粘贴用树脂。材料及性能指标见表 1 ～ 6 。

表 1 结构加固修补用碳纤维材料 (CFRP) 主要性能指标

表 2 常用 CFRP 性能指标

表 3 粘贴 CFRP 用树脂主要技术性能指标

表 4 碳纤维布的物理力学性能指标

表 5 胶的物理力学性能指标

表 6 胶的施工工艺性能指标

7 、机具设备 
施工机具为混凝土角磨机 6 台，吹风机 4 台，剪刀 2 把，滚子 6 把，錾子 2 把，灌浆设备 1 套。具体数量可视施工工期及施工面积确定。

8 、劳动力组织及安全
（ 1 ）劳动力组织视施工工期及施工面积确定班组数，每班组 1 0 ～ 12 人，其中管理人员 4 人 ( 工长、技术、质量、安全各 1 人 ) ，专业工人 6 ～ 8 人。每工日完成 7 ～ 10m 2 。
（ 2 ）粘贴碳纤维布的安全规定如下。
1) 裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源，尤其是高压电线及输电线路。
2) 碳纤维布的配套用胶要远离火源，避免阳光直接照射。
3) 现场施工人员应穿工作服，同时还须佩戴口罩和手套，施工人员严禁在现场吸烟。
4) 配制及使用胶的场所必须保持良好的通风。
5) 与施工配套的脚手架要有足够的安全性。高空作业须佩戴安全带。

9 、质量要求
国外一些国家已有了较完善的标准规程，但不适合中国。目前国内尚无标准规范，检查验收以企业标准为依据。
（ 1 ）工程验收时必须有碳纤维布及其配套胶生产厂家所提供的材料检验证明。
（ 2 ）每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。
（ 3 ）施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注胶 (FR) 的方法进行补救。粘结面积若少于 90 ％则判定粘结无效，需重新施工。
（ 4 ）对于碳纤维布粘贴面积在 1000 m 2 以上的工程，为检验其加固效果，应与甲方协商进行荷载试验，其结构的变形等各项指标均应满足国家规范规定的设计及使用要求。
（ 5 ）大面积粘贴前需做样板，待有关方面验证后，再大面积施工。为确保碳纤维布与混凝土间的粘结质量，基底处理必须严格按下列要求执行：先检查要加固的部位本身是否有空鼓现象，再进行表面检查，较后对不符合要求的部位采取相应的措施。
（ 6 ）严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在 5 ～ 35 ℃ 范围内，相对湿度不大于 70 ％。

10 、经济指标
碳纤维加固费用为 200 0 ～ 2300 元 /m 2 。其中材料费约 1400 元 /m 2 ，基底处理费约 15 元 /m 2 。

11 、应用实例
（ 1 ）某 8 层框架结构
某 8 层新建框架结构，建成后使用功能即发生变化：一、二层改做生产车间，布置较重的设备荷载；一、二、三层两端空调机房荷载也较原设计有所增加。按照增加后的荷载对结构整体验算结果表明：一、二、三层楼部分梁跨中受弯承载力不足，空调机房单跨梁，除跨中抗弯承载力集中放置，**板抗弯承载力也不足，均需进行加固。由于结构加固完成后尚需进行整体装修改造，工期要求很紧。业主对建筑物的有效使用空间、施工的影响面、加固材料的耐久性及外观等均有较高的要求，综合比较多种加固方案，各方均认为采用粘贴碳纤维布加固方法较为适宜。
1) 加固方案：加固材料采用日本进口的 FTS － Cl － 30 型碳纤维布及配套胶种，包括底层胶、不平整修补材料及粘贴树脂。
2) 梁的加固：梁跨度 9m ，截面 b × h= 30 0 ㎜× 95 0 ㎜ ，其中 20 根梁跨中抗弯强度不足， 5 根梁抗剪强度略有不足。根据计算分析，梁加固方案分为两类：
a) LG － 1 ，梁受弯承载力需提高 5 ％，沿梁底面通长粘贴一层宽 250mm 的碳纤维布；
b) LG － 2 ，梁受弯承载力需提高 23 ％，沿梁底通长粘贴两层宽 300mm 的碳纤维布，梁端 150 0 ㎜ 区域及次梁两侧粘贴 U 形碳纤维布箍进行抗剪加固， U 形箍两端外贴 20 0 ㎜ 宽压条进行锚固。抗剪加固设计参考日本有关设计方法，加固设计作法见图 1 。

图 1 某 8 层框架楼粱加固设计

1 －次梁； 2 － 200m 宽碳纤维压条， l = 400mm ； 3 －通长粘碳纤维二层；

4 －一层碳纤维 U 形箍； 5 － 200mm 宽碳纤维压条， l = 1050mm ； 6 －柱

3) 板的加固：地下室**板一个开间因局部承载力要求，原跨度 6.3m 的预应力圆孔板受弯承载力需提高约 30 ％。根据计算，加固方案采用每块板底面通长粘贴两条宽 20 0 ㎜ 碳纤维布 1 层 ( 图 2) 。

每块板底贴两条宽 200mm 碳纤维

图 2 板抗弯加固图

（ 2 ）北京民族文化宫

北京民族文化宫始建于 1959 年 ( 北京**建筑之一 ) ，经 40 年的使用，大部分结构已无法满足抗震安全和使用要求，决定进行抗震加固改造，其中Ⅳ段屋架经国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心检测、评估，屋架有多根主要受力杆件 ( 如上下弦杆、端斜杆等 ) 承载力不符合国家现行规范要求，屋架支撑系统不能满足《建筑抗震鉴定标准》 (GB50023 － 95) 中结构 8 度抗震设防要求，已影响到屋架系统的安全。由于工期紧，操作空间小，节点复杂，并且要求加固后不能增加屋架自重，经过多方讨论认为粘贴碳纤维布加固方法较为适宜。

加固用材料为 FT S － C1 － 20 型碳纤维布及配套树脂。屋架下弦处用碳纤维加固一层，支座节点处用碳纤维双层缠绕，斜腹杆用碳纤维双层四面缠绕。 

碳纤维片材加固混凝土结构

1 、前言 
碳纤维增强聚合物 (Carbon Fiber Reinforce ， Ploymer ，简称 CFRP) 是一种新兴的高强材料，近年来在建筑工程领域的研究与应用得到了*发展。较之传统的结构加固方法，碳纤维加固技术是一种新型高效的加固修复技术，它具有高强、高效、施工便捷、使用面广等优点。其中碳纤维片作为一种新的混凝土结构加固修复技术其工法主要采用“三步法”，即分别用底层树脂、找平材料和浸渍树脂的双组分树脂粘结材料，将碳纤维片材粘贴在结构构件外表面，以达到加固补强的目的，目前除了在混凝土中应用以外，正逐渐推广到砌体结构、钢结构甚至木结构的加固修复当中。

2 、碳纤维片材加固特点
在混凝土结构工程的加固技术中，碳纤维片材加固与电化学加固技术、粘钢加固技术相比，具有特有的优点。
2.1 与电化学加固技术相比
在混凝土结构工程加固中，碳纤维片材可以敷设粘贴于结构需要部位，不改变结构形状，不影响结构外观。尤其是对于海工钢筋混凝土结构，处于浪涌区的梁、板、肋、柱的底面、侧面。而阴极保护系统对于构件底、侧以及特种结构的施工设计有难度，有时难以实现。
电化学加固方法中阴极保护系统要增加原结构自重；而碳纤维片材加固基本不增加结构*荷载或增加很少，碳纤维片材粘贴后，每平方米重量不到 1.0kg ，粘贴一层的厚度仅为 1mm ，加固修补后，基本不增加现有结构的自重及尺寸。
电化学加固方法无法对加固效果进行可靠评估；碳纤维片材加固可以按照混凝土结构计算方法进行加固设计计算，从而使加固效果得以保证，对结构加固后使用期限及可靠度的计算成为可能。

2.2 与粘钢加固技术相比
粘钢加固技术操作复杂；碳纤维片材加固施工便捷、高效、具有良好的可操作性，加固施工时*螺栓、铆钉固定，对现有结构扰动小，不会影响现有结构的整体性，施工质量易于保证。
粘钢加固技术不能用于含盐的土壤环境、海洋环境、化学物质侵蚀的环境，因此在地下结构、给排水结构、水工结构、港工结构、化工车间等的锈蚀工程的加固中受到限制，而调查表明，这几类结构物正是出现锈胀破坏较为严重的结构。碳纤维片材加固技术恰能适应这几类结构物的加固。

3 、加固方案设计依据
本地区某百货商场一期改造工程中，经过现场勘察和设计计算，发现结构* 1 层、* 2 层及* 5 层由于使用功能的改变，局部梁抗弯承载力无法满足使用要求，经方案比较，采用梁底长度方向粘贴碳纤维片材，梁端附加碳纤维片材制成 U 字箍，既对梁底的碳纤维片材有较好的锚固作用，也提高了梁端部的抗剪承载力。其加固设计依据如下：
沿构件主轴方向粘贴碳纤维片材，以提高构件正截面的抗弯能力；
沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维，由碳纤维与原有箍筋共同分担剪力以提高构件抗剪承载力；
沿与构件主轴垂直方向粘贴碳纤维以改善加固部位的延性，提高其抗震性能。
目前在国内工程中应用较多的是**种方式，即加固修复提高梁板正截面承载能力，使之满足使
用功能要求。

4 、碳纤维复合材料的选择
加固修复混凝土结构所用碳纤维材料主要有两种：碳纤维与配套树脂粘结剂。碳纤维是高强高弹性模量材料，强度是钢材的十几倍。建筑粘结剂种类繁多，选择与某种碳纤维片材相容性好的粘结剂是关键。树脂粘结剂的粘结强度应大于混凝土的拉伸剪切强度，且具有适宜的工作粘度，以便于施工操作。与碳纤维相配套的树脂粘结剂一般由四部分组成。即底层粘层剂、找平材料、浸渍树脂和防护材料。
底层粘结剂必须能渗透进混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；
找平材料用来修补结构表面的平整度，以便使用片材；
浸渍树脂用以浸渍碳纤维片材在混凝土表面形成原位层板；
防护材料用以保护碳纤维片材免受外界条件的影响，延长其使用寿命。
经过多方面分析比较及其他一些试验，采用的碳纤维材料和粘结剂的性能如表 1 、表 2 所示。

表 1 碳纤维材料的性能指标

表 2 粘结剂的性能指标

5 施工工艺

5.1 施工工艺流程 
混凝土结构表面处理→配制并涂刷底层粘结剂→面层找平处理→粘贴树脂的配制并浸润碳纤维→粘贴碳纤维片材→表面防护。

5.2 施工要点
混凝土表面的处理程度直接影。向加固效果。表面要打磨平整直到露出新面，涂底层粘结剂前，再用丙酮清洗一遍。
碳纤维片材一定要用粘贴树脂浸透，尽可能让粘结剂充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中，提高各单丝之间的共同工作性能。
浸润后的碳纤维片材用手轻压贴于需要的位置，用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平衡压实，使树脂从两边溢出，保证碳纤维片材与结构之间密实无空洞，或者有效粘贴面积不小于 95 ％。
碳纤维片材沿其纤维方向折直角会导致应力集中，影响其强度发挥。施工时将角部磨成圆角，可减缓应力集中，碳纤维片材的强度基本不受影响。

6 施工概况分析

6.1 施工质量易保证
碳纤维片材加固混凝土结构技术的施工操作方便，在正常施工条件下碳纤维片材的有效粘结面积基本可以达到 100 ％，且现场检测方便，即使有小的空鼓，也可以用针管注胶法补救，施工质量可以得到有效保证。

6.2 施工干扰小
在较小的空间中即可实施碳纤维片材加固结构的施工，除了混凝土表面处理时的灰尘需要控制以外，对一般结构物的正常使用几乎无任何干扰。在对桥梁、道路进行碳纤维片材加固施工时，可以不中断交通。

6.3 施工周期性
碳纤维片材加固混凝土结构不需要大型机具、设备，在保证施工质量和无意外干扰的前提下，同样条件下所需时间不到目前国内大量应用的粘钢板方法所需时间的 1/2 。国内在施工组织较好的情况下， 10 个工日可以完成 1000m 2 的工作量。成品的碳纤维片材是一种织物，其幅宽可以为 20cm 、 30 cm 、 50 cm 不等，长度为 50m~ 100m ，卷状包装，现场使用时可以根据需要用剪刀或刀片将其任意裁剪，不象裁钢板一样需要专门的切割工具。根据有关统计资料，同为粘贴加固工法，粘贴碳纤维片材是粘贴钢板施工工效的 4~8 倍。

7 结论
由于碳纤维片材加固混凝土结构的施工周期很短，效率高，材料由人工在现场加工；没有大中型设备的损耗；检测方便、快捷，同时在较小的空间即可进行施工，基本不影响结构的正常使用，施工便捷，对各种结构构件的外形大都可以使用该方法加固，同时由于材料自重较轻，加固后基本不增加结构自重，不改变结构外观尺寸和形状，与其它加固方法相比，节省了大量的机械台班费、人工费和检测费。
运用该技术施工时对环境的干扰影响很小，符合现代工程建设的要求，有利于环境保护，从长远看，该技术将在结构加固领域占据主导地位。