碳纤维加固在煤矿建筑物上的应用
By www.cfrp.com.cn
碳纤维布结构加固技术简介
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。
碳纤维增强聚合物是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、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；d、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；e、施工工期短（本工程实例仅用一月）；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
碳纤维加固技术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，要求基层混凝土的强度等级不低于c15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
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。
铜川矿务局王石凹煤矿筛选厂与装车仓建于1960年，1961年投产使用，在1980年，由于使用不当，造成部分构件损坏，进行过一次加固。根据现行规范，整个建筑物已经接近规范规定的50年使用期，但根据生产实际需要，为了充分利用建筑物的潜在能力，为生产继续发挥作用，2008年5月，矿务局决定对该工程进行加固改造。首先，委托西安建筑科技大学建筑物检测鉴定站对该工程进行了全面的检测鉴定，工程现状为：该工程为多层工业厂房，1-5层为框架结构，6层为砖混结构，经多年使用，柱、梁混凝土酥松，纵向开裂、剥落，边角露筋腐蚀严重，钢筋受力截面削弱，部分梁有断裂现象，楼板腐蚀破坏也非常严重，危及结构安全，影响工人的生产情绪，根据《鉴定报告》，该建筑物为C级，属可加固范围；然后经设计人员分析比较，选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀，延长梁的使用寿命。
碳纤维布加固的依据
1、王石凹煤矿筛选厂与装车仓图纸。
2、混凝土结构的腐蚀情况。
3、混凝土的实际检测强度。
4、《混凝土结构加固技术规程》。
碳纤维布加固的施工
1、施工准备
（1）、施工材料的准备
碳纤维布采用英国SIGMATE碳纤维布，型号为300g/m2，配套碳纤维胶（及修补砂浆为金草田牌。
（2）、辅助材料的准备
专用滚筒，刮板，角向磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。
（3）、搭设脚手架
按安全规程要求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提。
2、施工工艺及操作要求
（1）、卸载：加固前应对所加固构件尽可能卸载。
（2）、表面处理；凿去结合面酥松层、碳化锈裂层及严重油污层，直至完全露出坚实基层，并用修复材料将表面修复平整，如有裂缝要用环氧树脂进行修补。被粘贴混凝土表面应打磨平整，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。然后将混凝土表面清理干净并保持干燥。
（3）、涂底胶：将胶甲、乙组分按比例称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它均匀地涂在混凝土表面，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。注意：调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。
（4）、找平：混凝土表面凹陷部位用修补胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补胶填补，尽量减少高度差。
（5）、粘贴碳纤维布： 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，如需接长时，搭接长度不应小于100mm，且各层搭接位置应相互错开。将浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，将已裁剪好的碳纤维布迅速粘贴在设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出汽泡使浸渍树脂浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。待指触干燥后，即可以进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道。在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂，上覆盖塑料薄膜。注意：端部用横向碳纤维布固定。
（6）、表面处理：待指压干燥后，至少8小时后，去除塑料薄膜，在碳纤维布薄膜再刮涂一层面胶，来回滚压，使胶充分渗入到碳纤维布中去。待面胶指触干燥后，表面做一层水泥砂浆保护层。
结论
根据加固原理可知，在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作；在施工过程中，参照使用说明，每道胶都必须处理好，特别是粘贴碳纤维布的粘贴胶，应尽可能让胶充分地渗入到碳纤维丝之间（细部空鼓处，可用针筒注射胶），确保相互共同工作。
通过对铜川矿务局王石凹煤矿筛选厂与装车仓工程实例的施工操作，深深体会到碳纤维布结构加固技术简介中介绍的各项优点，该工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用了简单的脚手架，而且，碳纤维布裁剪非常方便，可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处可以随意穿过，施工非常方便。
由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，应用前景很光明。
粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益；在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度。
碳纤维布结构加固技术简介
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。
碳纤维增强聚合物是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：a、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；c、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；d、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；e、施工工期短（本工程实例仅用一月）；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
碳纤维加固技术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，要求基层混凝土的强度等级不低于c15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。
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。
铜川矿务局王石凹煤矿筛选厂与装车仓建于1960年，1961年投产使用，在1980年，由于使用不当，造成部分构件损坏，进行过一次加固。根据现行规范，整个建筑物已经接近规范规定的50年使用期，但根据生产实际需要，为了充分利用建筑物的潜在能力，为生产继续发挥作用，2008年5月，矿务局决定对该工程进行加固改造。首先，委托西安建筑科技大学建筑物检测鉴定站对该工程进行了全面的检测鉴定，工程现状为：该工程为多层工业厂房，1-5层为框架结构，6层为砖混结构，经多年使用，柱、梁混凝土酥松，纵向开裂、剥落，边角露筋腐蚀严重，钢筋受力截面削弱，部分梁有断裂现象，楼板腐蚀破坏也非常严重，危及结构安全，影响工人的生产情绪，根据《鉴定报告》，该建筑物为C级，属可加固范围；然后经设计人员分析比较，选择粘贴碳纤维布进行加固，能防止腐蚀性气体的侵蚀，延长梁的使用寿命。
碳纤维布加固的依据
1、王石凹煤矿筛选厂与装车仓图纸。
2、混凝土结构的腐蚀情况。
3、混凝土的实际检测强度。
4、《混凝土结构加固技术规程》。
碳纤维布加固的施工
1、施工准备
（1）、施工材料的准备
碳纤维布采用英国SIGMATE碳纤维布，型号为300g/m2，配套碳纤维胶（及修补砂浆为金草田牌。
（2）、辅助材料的准备
专用滚筒，刮板，角向磨光机，剪刀，凿子，榔头，台秤，丙酮。
（3）、搭设脚手架
按安全规程要求搭设好脚手架，高度以方便施工为前提。
2、施工工艺及操作要求
（1）、卸载：加固前应对所加固构件尽可能卸载。
（2）、表面处理；凿去结合面酥松层、碳化锈裂层及严重油污层，直至完全露出坚实基层，并用修复材料将表面修复平整，如有裂缝要用环氧树脂进行修补。被粘贴混凝土表面应打磨平整，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。然后将混凝土表面清理干净并保持干燥。
（3）、涂底胶：将胶甲、乙组分按比例称好，放在洁净的容器中调和均匀，用刮板将它均匀地涂在混凝土表面，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。注意：调好的底胶须在规定的时间内用完，一般情况下40min内用完。
（4）、找平：混凝土表面凹陷部位用修补胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补胶填补，尽量减少高度差。
（5）、粘贴碳纤维布： 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，如需接长时，搭接长度不应小于100mm，且各层搭接位置应相互错开。将浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，将已裁剪好的碳纤维布迅速粘贴在设计部位，然后用专用滚子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出汽泡使浸渍树脂浸透碳纤维布。滚压时不得损伤碳纤维布。待指触干燥后，即可以进行第二道碳纤维布的粘贴，方法同第一道。在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂，上覆盖塑料薄膜。注意：端部用横向碳纤维布固定。
（6）、表面处理：待指压干燥后，至少8小时后，去除塑料薄膜，在碳纤维布薄膜再刮涂一层面胶，来回滚压，使胶充分渗入到碳纤维布中去。待面胶指触干燥后，表面做一层水泥砂浆保护层。
结论
根据加固原理可知，在施工前必须选择合适的粘结剂，认真查看材料的质保书及使用说明，掌握材料的各有关参数，以确保它有足够的强度，能保证碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作；在施工过程中，参照使用说明，每道胶都必须处理好，特别是粘贴碳纤维布的粘贴胶，应尽可能让胶充分地渗入到碳纤维丝之间（细部空鼓处，可用针筒注射胶），确保相互共同工作。
通过对铜川矿务局王石凹煤矿筛选厂与装车仓工程实例的施工操作，深深体会到碳纤维布结构加固技术简介中介绍的各项优点，该工程施工时，在确保安全的前提下，仅使用了简单的脚手架，而且，碳纤维布裁剪非常方便，可以根据形状及尺寸随意裁剪，在各种支架的遮挡处可以随意穿过，施工非常方便。
由此可见，碳纤维布加固结构技术的优点很明显，应用前景很光明。
粘贴碳纤维结构加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用，并已产生较大的经济效益；在混凝土结构的加固中，碳纤维布主要是分担钢筋的受力，即碳纤维布的主要作用是提高结构构件的抗拉强度。
