碳纖維加固是一種在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的現(xiàn)代技術(shù)，主要用于提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。該技術(shù)通過(guò)將碳纖維材料編織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并粘貼或纏繞到混凝土或其他建筑材料上，以分散和耗散地震能量，從而增強(qiáng)建筑物的抗震能力。在地震發(fā)生時(shí)，碳纖維加固能夠有效吸收和分散來(lái)自震動(dòng)的能量，減少結(jié)構(gòu)損傷，并保持其完整性。這種加固方法尤其適用于那些對(duì)抗震性能有較高要求的建筑結(jié)構(gòu)，如高層建筑、橋梁、隧道等。碳纖維加固技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了建筑物的安全性能，也為未來(lái)的地震災(zāi)害預(yù)防提供了一種有效的解決方案。
碳纖維加固的定義
碳纖維加固是一種結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種形式。它是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維（單向連續(xù)纖維）用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，形成一個(gè)新的復(fù)合體，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力，增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，從而提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性。
碳纖維加固的應(yīng)用范圍
- 混凝土結(jié)構(gòu)加固：可用于混凝土結(jié)構(gòu)抗彎、抗剪加固，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工業(yè)與民用建筑物、構(gòu)造物的防震、防裂、防腐的補(bǔ)強(qiáng)。例如混凝土結(jié)構(gòu)物、橋梁及建筑物的梁、柱、面板加固；隧道、港灣設(shè)施、煙囪、倉(cāng)庫(kù)、廠房的加固；受鹽害的混凝土、橋梁以及河川構(gòu)造物的防護(hù)和加固等。
- 多種結(jié)構(gòu)類(lèi)型適用：除混凝土結(jié)構(gòu)外，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)也可進(jìn)行加固，可大幅度提高構(gòu)件的承載能力、抗震性能和耐久性能。
碳纖維加固的材料說(shuō)明
- 碳纖維布：外觀類(lèi)似編織袋，但為單向排列編織，只能單向受力。其抗拉強(qiáng)度大約是鋼筋的10倍，一般抗裂強(qiáng)度為3000 - 3500兆帕不等，比重僅為1/5，每平方米重量為200 - 300克，單層布厚度為0.111 - 0.167mm，寬幅為5 - 50cm不等，并且具有耐腐蝕特性。不過(guò)，要使碳纖維布發(fā)揮作用還需要碳纖維膠作為媒介。
- 碳纖維膠：一般采用雙組份、無(wú)溶劑、高強(qiáng)度的改性環(huán)氧A類(lèi)膠粘劑，對(duì)碳纖維材料有良好的浸潤(rùn)性，形成新的復(fù)合材料具有較強(qiáng)的力學(xué)性能和優(yōu)良的耐久性能，具有較好的觸變性能和良好的懸掛度，垂直面施工流淌性較小。
碳纖維加固的施工流程
- 施工準(zhǔn)備：無(wú)特殊說(shuō)明，主要為后續(xù)施工做好人員、材料、工具等準(zhǔn)備工作。
- 砼表面處理
- 清除混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分。
- 對(duì)經(jīng)過(guò)剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。
- 裂縫修補(bǔ)：縫寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫。
- 打磨構(gòu)件表面凸出部分，使構(gòu)件表面盡量平順，然后清洗打磨過(guò)的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。
- 缺陷部位涂刷底膠：將配好的底膠（粘結(jié)劑），用涂刷均勻于缺陷部位的砼表面。
- 構(gòu)件表面殘缺面的修補(bǔ)
- 按規(guī)定比例準(zhǔn)確稱(chēng)量膩?zhàn)又鲃?、固化催進(jìn)劑、固化劑，裝入容器攪拌均勻。
- 用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇綐?gòu)件表面凹陷部位，修復(fù)至表面平整。施工需在氣溫 - 5℃以上，相對(duì)濕度小于85%的條件下進(jìn)行，膩?zhàn)油抗魏笕舯砻嫒杂邪纪共诩y，應(yīng)再用砂紙打磨平整。
- 涂刷底膠：將配好的底膠（粘結(jié)劑），用滾筒均勻涂刷于需要粘結(jié)的砼表面。
- 粘貼碳纖維
- 確認(rèn)粘貼表面干燥，氣溫在 - 10℃以上，相對(duì)濕度RH85%時(shí)，如無(wú)有效措施不得施工。
- 按規(guī)定尺寸切斷碳纖維材料（每段長(zhǎng)度一般不超過(guò)6m為宜），材料裁切數(shù)量按當(dāng)天用量為準(zhǔn)。碳纖維縱向接頭必須搭接20cm以上且該部位應(yīng)多涂樹(shù)脂，橫向不需要搭接。
- 準(zhǔn)確稱(chēng)量粘貼樹(shù)脂的主劑、固化催促劑和固化劑并攪拌均勻，一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完。粘貼時(shí)盡量避免碳纖維和樹(shù)脂之間有空氣，可用羅拉（專(zhuān)用工具）沿著纖維方向在碳纖維材料上滾壓多次，使樹(shù)脂滲浸入碳纖維中。
- 養(yǎng)護(hù)：粘貼碳纖維材料后，需自然養(yǎng)護(hù)1 - 2小時(shí)達(dá)到初期固化，保證固化期間不受外界干擾和碰撞。
- 涂裝（若有防火需求）：若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要防火時(shí)，可在樹(shù)脂固化后涂刷耐火涂層，涂裝應(yīng)在樹(shù)脂初期固化后進(jìn)行，并遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。
碳纖維加固施工注意事項(xiàng)
- 轉(zhuǎn)角粘貼處理：轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm，混凝土表面應(yīng)保持干燥無(wú)塵。
- 碳纖維膠操作
- 碳纖維膠分為主劑和固化劑，務(wù)必準(zhǔn)確掌握配合比例，將主劑和固化劑按準(zhǔn)確的重量比置于干凈容器內(nèi)，使用電動(dòng)攪拌機(jī)械或手動(dòng)攪拌混合1 - 2分鐘，直至顏色均勻一致。
- 配置好的碳膠初凝時(shí)間為50min左右，粘貼一個(gè)平方米的碳纖維布所需碳膠0.8公斤，要掌握好調(diào)配碳膠的數(shù)量，以免浪費(fèi)碳膠。
- 粘貼碳纖維布操作
- 涂刷碳膠需保持膠層薄厚一致，涂刷碳膠后立即將碳纖維布按設(shè)計(jì)位置粘貼，使用滾筒滾壓使碳膠浸透碳纖維布，避免產(chǎn)生氣泡。
- 待碳膠觸指干燥后，再在表面涂刷一層碳膠，24小時(shí)內(nèi)不可觸動(dòng)碳纖維布，如需多層粘貼重復(fù)以上步驟。
- 氣泡處理：粘貼好的碳纖維布，5天即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，如粘貼表面局部有氣泡，可輕易地用注射碳膠的方法將空氣趕跑。
碳纖維加固的驗(yàn)收
- 施工結(jié)束后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回聲來(lái)判斷粘結(jié)效果，如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)現(xiàn)象，應(yīng)采取針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。
- 對(duì)于碳纖維布粘貼面積在1000平方米以上的工程，為檢驗(yàn)其加固效果應(yīng)與甲方協(xié)商進(jìn)行荷載試驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)的變形等各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿足國(guó)家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)及使用要求。
碳纖維加固的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
碳纖維加固與傳統(tǒng)方法比較
碳纖維加固在地震中的表現(xiàn)
碳纖維加固的成本效益分析
