碳纤维加固是一种在建筑结构中应用的现代技术，主要用于提高结构的抗震性能。该技术通过将碳纤维材料编织成网状结构，并粘贴或缠绕到混凝土或其他建筑材料上，以分散和耗散地震能量，从而增强建筑物的抗震能力。在地震发生时，碳纤维加固能够有效吸收和分散来自震动的能量，减少结构损伤，并保持其完整性。这种加固方法尤其适用于那些对抗震性能有较高要求的建筑结构，如高层建筑、桥梁、隧道等。碳纤维加固技术的应用，不仅提高了建筑物的安全性能，也为未来的地震灾害预防提供了一种有效的解决方案。
碳纤维加固的定义
碳纤维加固是一种结构加固技术，包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种形式。它是将抗拉强度极高的碳纤维（单向连续纤维）用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，从而提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。
碳纤维加固的应用范围
- 混凝土结构加固：可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固，广泛应用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。例如混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固；隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固；受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固等。
- 多种结构类型适用：除混凝土结构外，对钢结构、木结构也可进行加固，可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。
碳纤维加固的材料说明
- 碳纤维布：外观类似编织袋，但为单向排列编织，只能单向受力。其抗拉强度大约是钢筋的10倍，一般抗裂强度为3000 - 3500兆帕不等，比重仅为1/5，每平方米重量为200 - 300克，单层布厚度为0.111 - 0.167mm，宽幅为5 - 50cm不等，并且具有耐腐蚀特性。不过，要使碳纤维布发挥作用还需要碳纤维胶作为媒介。
- 碳纤维胶：一般采用双组份、无溶剂、高强度的改性环氧A类胶粘剂，对碳纤维材料有良好的浸润性，形成新的复合材料具有较强的力学性能和优良的耐久性能，具有较好的触变性能和良好的悬挂度，垂直面施工流淌性较小。
碳纤维加固的施工流程
- 施工准备：无特殊说明，主要为后续施工做好人员、材料、工具等准备工作。
- 砼表面处理
- 清除混凝土构件表面的残缺、破损部分。
- 对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，进行修补、复原。
- 裂缝修补：缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
- 打磨构件表面凸出部分，使构件表面尽量平顺，然后清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
- 缺陷部位涂刷底胶：将配好的底胶（粘结剂），用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面。
- 构件表面残缺面的修补
- 按规定比例准确称量腻子主剂、固化催进剂、固化剂，装入容器搅拌均匀。
- 用环氧腻子填平构件表面凹陷部位，修复至表面平整。施工需在气温 - 5℃以上，相对湿度小于85%的条件下进行，腻子涂刮后若表面仍有凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。
- 涂刷底胶：将配好的底胶（粘结剂），用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面。
- 粘贴碳纤维
- 确认粘贴表面干燥，气温在 - 10℃以上，相对湿度RH85%时，如无有效措施不得施工。
- 按规定尺寸切断碳纤维材料（每段长度一般不超过6m为宜），材料裁切数量按当天用量为准。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上且该部位应多涂树脂，横向不需要搭接。
- 准确称量粘贴树脂的主剂、固化催促剂和固化剂并搅拌均匀，一次调和量在可使用时间内用完。粘贴时尽量避免碳纤维和树脂之间有空气，可用罗拉（专用工具）沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次，使树脂渗浸入碳纤维中。
- 养护：粘贴碳纤维材料后，需自然养护1 - 2小时达到初期固化，保证固化期间不受外界干扰和碰撞。
- 涂装（若有防火需求）：若加固补强构件需要防火时，可在树脂固化后涂刷耐火涂层，涂装应在树脂初期固化后进行，并遵守所用涂料的相关标准和施工规定。
碳纤维加固施工注意事项
- 转角粘贴处理：转角粘贴处应进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm，混凝土表面应保持干燥无尘。
- 碳纤维胶操作
- 碳纤维胶分为主剂和固化剂，务必准确掌握配合比例，将主剂和固化剂按准确的重量比置于干净容器内，使用电动搅拌机械或手动搅拌混合1 - 2分钟，直至颜色均匀一致。
- 配置好的碳胶初凝时间为50min左右，粘贴一个平方米的碳纤维布所需碳胶0.8公斤，要掌握好调配碳胶的数量，以免浪费碳胶。
- 粘贴碳纤维布操作
- 涂刷碳胶需保持胶层薄厚一致，涂刷碳胶后立即将碳纤维布按设计位置粘贴，使用滚筒滚压使碳胶浸透碳纤维布，避免产生气泡。
- 待碳胶触指干燥后，再在表面涂刷一层碳胶，24小时内不可触动碳纤维布，如需多层粘贴重复以上步骤。
- 气泡处理：粘贴好的碳纤维布，5天即可达到设计要求，如粘贴表面局部有气泡，可轻易地用注射碳胶的方法将空气赶跑。
碳纤维加固的验收
- 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，以回声来判断粘结效果，如出现空鼓等粘贴不密实现象，应采取针管注胶的方法进行补救。
- 对于碳纤维布粘贴面积在1000平方米以上的工程，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。
碳纤维加固的优缺点对比
碳纤维加固与传统方法比较
碳纤维加固在地震中的表现
碳纤维加固的成本效益分析
