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碳纤维布加固的原理

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。

碳纤维布加固优点

①强度高(强度约为普通钢材的10倍)，效果好；②加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；③ 自重轻(约200g／m2)，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；④施工简便(不需大型施工机构及周转材料)，易于操作，经济性好；⑤施工工期短，因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构加固方面已产生较大的效应。

工程概况

兰州至西宁铁路增建第二线工程，起止里程：K60+000～K170+000，全长1 10 km。设计有多处改建既有涵洞又有既有桥梁加固，其中K169+140为2孔19m钢筋混凝土框架桥，上跨兰州至西宁高速公路，交角56。，与既有单线铁路斜交28。。初步设计在该桥右侧重修建一座大桥跨越高速公路，由于工期及成本方面的原因，经检算加固该框架桥能满足双线通过的要求。

设计加固方案

将抗拉强度极高的碳纤维布用环氧树脂粘结剂粘贴在桥上，形成一个新的复合体，使碳纤维布与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗拉或抗剪能力，提高强度、刚度、抗裂性和结构的延性。碳纤维布顺桥方向中环形箍间距20 cm，端箍及压条间距15cm，横桥方向间距15 cm。

 施工工艺

1、 原材料的选择碳纤维布应具有极佳的力学性能，这与其自身的材质属性、成片加工工艺密不可分。具体要求为：

(1)材料的匀质性。碳纤维束只有分布排列均匀，加工成片后才能起到整体均匀受力的作用；若材质的匀质性不好，则构件受力后导致纤维片局部受力不均，使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。

(2)碳纤维片中预浸树脂的含量。用于结构补强的碳纤维布是含有预浸树脂的。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，但其含量过多、浸渍过厚，却无益于修复、补强。因为碳纤维补强混凝土结构是靠上涂及下涂环氧树脂对碳纤维布的反复渗透来完成的。如果纤维布中预浸树脂的含量过多，则粘贴碳纤维片时树脂的渗透效果就比较差，直接影响施工质量。

(3)碳纤维的段丝率。由于纤维丝很细，只有7It,m，极易出现段丝。因此，尽可能地减少纤维丝的断裂，确保纤维片的连续性与整体性，是确保最终补强效果的一个重要参数。目前，我国碳纤维生产还处于起步阶段，其产量、质量均很难满足需求，与国外相比，无论在技术、设备、品种和性能等方面均有很大差距。经多方面比选，我们选择了从德国进口的EPO UDCS 200碳纤维布及XH180A／B配套胶。该种胶施工较为简便。不用配料，直接涂刷。力学性能数据见表1、表2。许多参数均约大于《混凝土结构加固设计规范》中要求的力学性能。

施工工艺流程

桥面防水层拆除一桥面砼面层打粗及打麻处理一桥面砼断层修~t,--,XH180B树脂底胶涂制--+XH180B树脂找平胶涂制一XH180A胶粘贴PEC—P碳纤维布布—钢筋砼保护层一质量检查

施工方法

1、基底处理

(1)混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用XH180触变形修补树脂进行修补。

(2)裂缝部位，如有必要应先进行封闭处理。

(3)用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R=10 mm)。

(4)用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。

涂底胶

用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0．4 mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2 h)，再进行下一道工序。

用整平胶料找平

(1)混凝土表面凹陷部位应用刮刀嵌刮整平胶料修补填平，模板接头等出现高度差的部位应用整平胶料填补，尽量减少高差。

(2)转角的处理，应用整平胶料将其修补为光滑的圆弧，半径不小于10mm。

(3)整平胶料固化后(固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2 h)，方可再进行下一道工序。

粘贴碳纤维布

(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度应在3m以内。

(2)配置、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。

(3)用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。

(4)在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。

(5)JJn固后的碳纤维表面用1：2水泥砂浆抹面进行保护。

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