一、概述

鋼筋混凝土結構由于設計、施工、使用以及意外災害等多種原因，會影響結構的正常使用，需要維修、加固補強。FRP(纖維復合材料)修復補強鋼筋混凝土結構是近十年來發展起來的一種結構修復補強新技術。FRP具有輕質高強、抗腐蝕、耐久性好、施工簡便、不影響結構的外觀等優異特性，因此，該項加固技術較之傳統的修復補強施工工藝具有明顯的優越性。該項技術在國際上深受重視，近些年來在日本及歐美等發達國家發展迅速，已廣泛應用于橋梁、地鐵、工業與民用建筑以及煙囪、水池、筒倉等特種結構的修復補強，成為鋼筋混凝土結構修復補強的新趨勢。

FRP從材料構成上主要有碳纖維復合材料(CFRP)、玻璃纖維復合材料(GFRP)、芳綸纖維材料(AFRP)。本工法一CFRP為例介紹FRP修復補強混凝土結構，AFRP和GFRP參照本工法。

二、工法特點

1、材料輕質高強。碳纖維布的抗拉強度比同截面鋼材高7～10倍，將它用環氧樹脂與鋼筋混凝土構件粘貼后，能可靠地與構件形成一體、共同工作，具有優異的補強效果，而結構自重的增加幾乎可以忽略。

2、抗腐蝕。能有效地防護構件的混凝土和鋼筋免受酸、堿、鹽、水等介質的腐蝕。

3、耐老化。碳纖維布與環氧樹脂膠結材料本身及經其補強的混凝土構件可以長期承受紫外線、核輻射。長期在 – 54～82℃溫度下使用，強度不會降低。經加速暴露老化試驗驗證可歷時40年性能不變。且在表面涂裝后，耐久性將更加突出。

4、高溫性能：碳纖維本身具有非常高的耐熱性，但碳纖維增強復合材料與混凝土粘貼后的耐熱性由環氧樹脂決定。因為環氧樹脂在接近80℃時發生軟化，所以碳纖維增強復合材料的耐熱溫度為80℃(80℃的強度保持率為80%，從設計強度的安全率考慮，80℃應視作使用的上限溫度)。另外，當溫度達到260℃并持續該溫度兩小時后降至室溫，碳纖維復合材料的抗拉強度不發生任何變化。

5、保持結構原狀，外形美觀。碳纖維布便于隨構件原形裁剪、貼附。修復補強不增加構件高寬尺寸及體積，且表面可以涂刷、粘貼飾面材料、防火材料。

6、施工簡便、快捷。傳統加固補強施工工藝如粘鋼、外包混凝土方法必須進行大量混凝土剔鑿、鋼筋綁扎、焊接、澆筑混凝土以及大型機械設備吊裝等作業，而碳纖維布加固補強施工卻不需要。因此它對施工空間要求很低，便于在狹窄空間作業，施工快捷，對生產、使用的干擾很小。

三、工藝原理

碳纖維布是用抗拉強度極高的碳纖維絲在高溫下“拉拔”成型，單向排列，并經環氧樹脂膠預浸而成的碳纖維增強復合片材。以環氧樹脂作為膠結材料，將碳纖維布沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損結構上，膠結材料作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復合體。使增強貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結構抗拉或抗剪能力，并能有效地提高結構的強度、延性及抗裂性，控制裂縫和撓度的繼續發展;必要時也可交叉粘貼單向碳纖維布。整個工藝的關鍵在于碳纖維布粘貼的緊密性與牢固性，以保證與原結構形成整體，共同工作。

碳纖維布修復補強工法為滿足上述要求，需保證以下方面：

1、材料性能必須符合設計規定。

2、正確地掌握工藝流程，每道工序都要有利于保證碳纖維布粘貼緊密。

四、材料

碳纖維布材加固混凝土結構主要材料有碳纖維布材和碳纖維膠。

1、碳纖維布的抗拉強度、彈性模量以及延性等性能指標須符合設計規定和產品標準。

2、粘結劑要有足夠的粘結性能，工藝過程中各部位所使用的環氧樹脂膠結材料的種類、型號，應根據施工時的溫度、濕度進行選擇。并正確掌握主劑和固化劑的配比，使滲透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節施工的需要。

五、工藝程序

1、施工準備

2、混凝土表面處理

3、配制并涂刷底膠

4、配制修補膠并對混凝土表面不平整處進行填補和找平處理。

5、配制并涂刷結構膠粘劑

6、粘貼碳纖維布材

7、表面防護

六、操作要點

1、施工工具設備

主要機具設備有切割機、角磨機和滾刷等。

2、混凝土基底處理

(1)將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達到結構密實部位。

(2)檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，需進行必要處理。

(3)對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分，用高于原構件混凝土強度的環氧砂漿進行修補、復原，達到表面平整。

(4)裂縫修補。縫寬小于0.20mm的裂縫，用環氧樹脂進行表面涂抹密閉;大于或等于0.20mm的裂縫用環氧樹脂灌縫。

(5)對貼片范圍的定位、劃墨線，按修復、補強設計要求進行。

(6)將構件表面凸出部分(混凝土構件交接部位、模板的段差等)打磨平整。修復后的段差要盡量平順。

(7)棱角的部位，用磨光機磨成圓角。圓角半徑宜≥30mm，最小不得小于20mm。

3、涂底層樹脂

(1)把底層樹脂的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放人容器內，用攪拌器拌合均勻。一次調和量應以在可使用時間內用完為準，超過可使用時間不得再用。

(2)用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料。

(3)指觸干燥時間因氣溫不同，一般在3h到1d之間變化。

(4)底層涂料固化后，在構件表面有凝結凸起時，要用砂紙磨光。磨光后若露出混凝土基面，應再補涂底層涂料。

4、構件表面的殘缺修補

構件表面凹陷部位(蜂窩、麻面、小孔等)應用環氧膩子填平，修復至表面平整。內角(段差、起拱等)要用環氧膩子填補，使之平順。

5、粘貼碳纖維布

(1)確認粘貼表面干燥。

(2)防止碳纖維布受損。碳纖維布在運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受到彎折。因此，貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規定尺寸剪切碳纖維布，每段長度一般不超過6m為宜。要使用更長的片材時，除精心防止彎折外，對脫泡(即趕出氣泡)、滲浸過程必須加倍謹慎操作。

(3)纖維片縱向接頭必須搭接10cm以上。該部位應多涂粘結樹脂。纖維片橫向不需要搭接。

(4)粘結樹脂的主劑和固化劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。一次調和量應以在可使用時間內用完為準。

(5)貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結樹脂，稱為下涂。下涂的涂量標準如下：200g/m2的碳纖維布為400～500g/m2;300g/m2的碳纖維布為500～600g/m2。涂量是根據施工部位及施工面的粗糙程度而變化的。拱起部分、拐角部分、纖維片搭接部位以及殘缺修補處要多涂一些。

(6)貼片時，在碳纖維布和樹脂之間不應留有空氣。為此，可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在碳纖維布上滾壓多次，使粘結樹脂充分滲浸入碳纖維束中。

(7)纖維片施工30min(根據干燥程度)后，用滾筒刷均勻涂抹粘結樹脂，稱為上涂。上涂涂量標準如下：200g/m2的纖維片為200～100g/m2;300g/m2的纖維片為300～200g/m2。上涂時和(6)一樣，用脫泡羅拉沿纖維方向用力滾壓2～3次，使纖維內部補充、滲浸粘結樹脂。

(8)進行空鼓檢查，并進行處理。

(9)需粘貼2層以上碳纖維布時，必須在首層修補完空鼓后進行，重復第5～8步驟，并遵守(3)的規定。

(10)如碳纖維加固不符合質量標準，則需進行相應處理，其中空鼓處理方法如下：

①注入粘結樹脂法。在碳纖維布上打開2個以上的孔，使用注射器注入粘結樹脂(或低粘度型樹脂)。

②割刀切入填充樹脂修補法。沿纖維方向切入2～3刀，用橡膠刮板、毛刷沾上適量粘結樹脂，填進割開的縫內。

③補丁補修法。當貼片完全固化后，無法用割刀切開或注入樹脂，或纖維片表面出現褶皺或松弛時，應采用此方法割去不良部分，重新粘貼碳纖維布。

6、養護

(1)粘貼碳纖維布后，需自然養護24h達到初期固化，并應保證固化期間不受干擾。

(2)在每道工序以后樹脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風沙或雨水侵襲。

(3)當樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的加溫措施。

(4)碳纖維布粘貼后達到設計強度所需自然養護的時間：平均氣溫在10℃以下時，需要2周;平均氣溫在10℃以上20℃以下時，需要1～2周;平均氣溫高于20℃時，需要1周。在此期間應防止貼片部分受到硬性沖擊。

7、涂裝

涂裝應在樹脂初期固化后進行，并應遵守所用涂料的相關標準和施工規定。

七、施工管理

項目管理(項目經理)負責根據加固補強設計文件制定施工組織設計。技術管理(技術員)負責為加固補強設計和技術組織措施的實現。作業管理(工長)負責組織、指導、調配和監督工人操作。作業小組是勞動組織的基本單位，負責加固補強的構件打磨、涂刷樹脂、缺陷修補、裂縫封閉、貼片、養護等操作全過程。

八、質量要求

1、所有進場材料須符合質量標準，并具有產品出廠合格證，其各種性能指標及技術參數均應符合本工程加固補強設計要求。

2、碳纖維布材在運輸、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，由工長負責指導、監督。每一工序完成后督促操作小組自檢，確認合格提請技術員檢查認可后才能進行下道工序，否則必須返修至合格為止。

4、各工序的施工質量要求如下：

(1)結構物表面處理。將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈達到結構密實部位;檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，進行必要處理。混凝土裂縫也必須處理。

(2)對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分，進行修補、復原?；炷帘砻娴臐{楞、模板段差必須打磨平順。構件縱、橫向棱角必須按規定倒角。清洗打磨過的構件表面，并使其充分干燥。

(3)涂刷底層涂料。底涂應涂刷均勻，不得漏涂，嚴禁使用不適合溫、濕度條件，或超過可使用時間以及添加溶劑稀釋的涂料。

(4)構件表面殘缺修補。構件表面小孔、陰角，必須用環氧膩子修補平整。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

(5)粘貼碳纖維布。

①粘貼碳纖維布時須符合下述條件：

a、碳纖維布材應按規定裁切;

b、底層涂料和環氧膩子達到指觸干燥(樹脂表面達到固化硬結);

c、粘結樹脂的類型與施工時的氣溫適合，主劑和固化劑應按規定的比例稱量準確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻。

e、貼片位置已按設計要求定位、劃線;

f、以上各點經工長和技術員檢查通過。

②碳纖維布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、碳纖維布粘結密實;

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，需要進行補修;

d、片材無滑移、翹起、松脫現象;

e、順纖維方向搭接長度不小于10cm。各幅及各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，必須錯開至少50cm;

f、碳纖維布材規格、貼片位置、長度、寬度、纖維方向、層數符合設計規定。

(6)養護須嚴格遵守自然養護的時間要求。

九、安全措施

工長要每天進行班前安全教育和隨時安全檢查。施工前檢查腳手架、上下梯道、孔口周圍護欄的適用性和牢固性，嚴防高空墜落。工長督促工人戴好防護目鏡、手套、口罩、安全帽、安全帶等勞保用品。在有電力設備或開關的場所施工，必須防止碳纖維布與電器接觸，避免因碳纖維導電發生危險。且要防止碳纖維飛散。在封閉環境作業時，使用有機溶劑要有通風換氣措施，并嚴禁吸煙，避免火災。嚴防樹脂涂料或其組份濺入眼內，不慎人眼可用清水沖洗，濺在皮膚上可用肥皂水沖洗，嚴重時要及時送醫院治療。