管道碳纤维复合材料修复补强技术施工作业规范(工艺流程) 1总则本规范规定了管道碳纤维复合材料修复补强所必须的操作程序、基本要求和注意事项。
本规范适用于碳纤维复合材料修复补强技术用于管道作业的管理。
采用碳纤维复合材料修复补强产品时，须由设计软件进行设计，并由专业施工队伍进行施工或者由培训合格的技术人员进行施工。
2施工用材料和技术施工用补强材料为碳纤维布、基体树脂、底漆和专用修补剂，补强施工后采用的用防腐材料为聚乙烯胶粘带或其它防腐材料。
其中具有代表性的碳纤维布的规格性能如表1所示，其他规格请详见产品说明书。
表1碳纤维布的规格性能项目性能指标纤维种类：双向碳纤维面积重量：380g/m2宽度：200mm300mm复合材料设计厚度：0.50mm/单层复合材料环向抗拉强度(设计)740MPa复合材料轴向抗拉强度(设计)382MPa环向弹性模量70.5GPa轴向弹性模量36.4GPa延伸率>1.5%碳纤维复合材料修复系统不同的产品型号配有不同的粘结树脂，具体树脂根据树脂配比使用说明书确定。
其中具有代表性的环氧树脂基体的性能如表所示。
树脂基体材料的性能指标项目性能指标典型固化时间(25℃)2小时黏度3000mPa·s/25℃可操作时间30min/25℃碳纤维复合材料修复系统不同的产品型号配有不同的专用修补剂，用于修补缺陷，其中具有代表性产品性能参数如表所示:专用修补剂性能指标项目性能指标典型固化时间25min/25℃可操作时间15min/25℃形态胶泥状钢-钢粘结抗剪强度钢-钢粘结抗拉强度胶体抗压强度性能指标≥21MPa≥17MPa≥100MPa主要用途填补钢管表面缺陷3原始信息与补强方案3.1调查管道原始资料进行管道修复之前，须对管道原始资料进行调查，如表所示，应根据管道情况调查核实如下数据:所需确认的管道原始资料项目数据管道材质管径/名义壁厚/实际壁厚/使用年限/输送介质/运行压力/运行温度/介质流速/以前维修的状况/3.2制定补强方案3.2.1核实缺陷点信息在甲方对需要补强点进行定点、挖坑和缺陷尺寸测试的基础上，核实缺陷的大小和类型，包括缺陷的长度、宽度和深度。
3.2.2确定修复方案根据缺陷的大小和类型，综合表4中的信息，利用计算软件和查询手册，制定出碳纤维复合材料补强方案，使其恢复或达到无缺陷管道的强度水平。
3.2.3调查施工现场环境现场环境相对湿度小于85%时，可以直接施工;现场环境相对湿度大于85%时，需要对管体采取干燥措施或者对环境进行改善处理，或选用其他合适的粘浸胶。
如果现场环境温度在产品使用温度范围内，可以直接施工;当环境温度超过产品使用温度范围时，在对施工地点环境措施进行改造后方可施工。
管道施工过程中无须停输或降低运行压力。
3.3检查施工所需车辆、机械、器具及工具施工现场需要的工具、车辆以及其他器具如下:施工所需机械、器具、工具一览表:种类名称车辆工具车、越野车等管道开挖复查铁锹、超声波测厚仪、游标卡尺等管道表面处理用具喷砂机、钢丝刷、电刷、砂轮、丙酮等纤维裁切工具卷尺、钢直尺、壁纸刀、剪刀等调和及涂刷树脂用具台秤、搅拌容器、橡胶抹子、滚筒刷子、油漆刷、搅拌器、抹灰板等粘贴及脱泡用工具塑料滚轴、橡胶刮板、塑料刮板等安全用具工作服、橡胶手套、线手套等其他可燃气体报警仪、发电机、电源线、插座、养护材料、棉纱、帆布帐篷等4施工作业流程4.1施工程序Step1现场开挖Step2管道表面清理Step3钢管表面缺陷修补Step4涂刷底漆Step5粘贴碳纤维片材Step6固化与养护Step7复合材料硬度测试与验收Step8补口及补强层防护Step9土壤回填复原4.1.1缺陷定位及现场开挖首先对缺陷处进行定位，然后根据管道开挖的相关规范进行开挖。
开挖过程中注意测量埋深，防止铁器损坏防腐层及钢管。
图1是挖坑所需尺寸剖面图。
管沟开挖长度为缺陷修复点里程前后各加2m。
在管道底部和两侧均要留出0.5m的操作空间。
图1开挖剖面示意图对于埋地管道须按照上述步骤进行开挖，创造工作面，对于非埋地管道仍需创造出管道四周各0.5m以上的空间，确保足够的施工空间。
4.1.2管道表面处理在现场开挖复查工作完成后，对有缺陷的钢管表面防腐层进行清除。
具体操作方法是:用喷砂除锈设备或砂布、钢丝刷、电刷等工具清除防腐层，直至清除到钢管裸露部位。
必要时用有关化学试剂进行清除。
若遇有阴极保护测试桩，应取下测试桩连接线，补强施工完毕后，应对阴极保护测试桩进行原样恢复。
补强施工一般应在管材表面基层处理后的4个小时之内进行，以避免表面再氧化的发生。
在确保钢管表面原有防腐涂层及氧化物清除后，用抗氧化专用清洗剂清洗钢管表面，并使其充分干燥。
基层预处理质量应达到GB/T8923-1988中规定的St3级。
施工前在需补强部位放线、定位，做好标志。
缺陷点开挖并进行表面处理后，应先对其进行确认，利用直尺、超声波测厚仪查对缺陷点深度、轴向长度进行测试，并记录和拍照存档。
对于外腐蚀缺陷点，在表面处理后，使用卡尺、测深尺等工具测量确认;对于内腐蚀缺陷点，利用超声波测厚仪器进行确认。
4.1.3钢管表面的缺陷修补A.根据施工部位的温度、湿度，选择适当的缺陷修补剂。
B.将调配好的缺陷修补剂称量、搅拌均匀，根据实际气温决定用量并控制使用时间。
C.将缺陷修补剂涂刷于钢管表面凹陷部位(蜂窝、麻面、小孔等)，修补至缺陷部位表面平整。
D.对于焊缝根部两边，应使用缺陷修补剂进行填充，以使焊缝附近表面平滑过渡，避免由于焊缝过高而引起碳纤维粘贴时发生空鼓。
4.1.4涂刷底漆A.根据施工部位的温度、湿度，选择适当的底漆。
B.将调配好的底漆称量、搅拌均匀，根据实际气温决定用量并控制使用时间。
C.将底漆刷于钢管表面。
厚度控制在0.1mm以上即可。
D.无需完全固化，可直接进入下一步骤。
4.1.5粘贴碳纤维片材(1)碳纤维布容易受损，因此，在碳纤维布缠绕前应尽量避免刮蹭等外部破坏因素。
(2)碳纤维布容易受潮，所以碳纤维布必须保存于干燥环境中。
如果施工现场湿度较大，应该在碳纤维布拿出包装之后立即使用。
(3)双向碳纤维布环向缠绕时碳纤维布的环向接头必须搭接100mm以上。
(4)调配环氧树脂粘浸胶。
将环氧树脂粘浸胶的主剂与固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器搅拌均匀。
一次配胶量应以在可使用时间内用完为准，建议配胶量以每次小于2.0公斤为宜。
(5)涂刷环氧树脂。
贴片前用滚筒刷(或油漆刷)将调配好的粘浸树脂均匀涂抹在碳纤维布上面，需要将纤维布充分浸透并且排出内部气体后，方可进行下一步工序。
(6)粘贴碳纤维片。
贴片时，在碳纤维布和树脂之间不应残留有空气。
为此，可用塑料滚轴沿纤维方向在碳纤维片上反复滚压多次，对焊缝的拱起部位要向相反的方向滚压去除气泡，使粘浸胶充分渗透碳纤维布。
(7)确保没有空鼓现象出现。
(8)需要粘贴两层以上碳纤维时，重复(5)~(7)步骤。
(9)在碳纤维片粘贴完成后，对已剥除防腐层但未粘贴碳纤维片材的区域，涂刷环氧粘浸胶。
4.1.6复合材料固化与养护(1)补强作业区域的防护修复施工完成后，使作业区域的树脂进一步固化，并应保证固化期间不受干扰。
(2)在作业区固化期间，宜用塑料薄膜等遮挡以防风沙或雨水侵袭。
(3)在作业区固化期间，应采取适当的温控措施，使复合材料自身温度不应低于5℃。
(4)碳纤维片材粘贴后达到指触干燥程度即可以回填。
具体时间取决于环境温度以及管道内部输送介质的温度，一般为2小时以上。
4.1.7复合材料硬度测试与验收对固化后的复合材料，采用邵氏D硬度计，进行测试和记录。
达到复合材料硬度的为合格，如果无法达到硬度标准值，需要注意是否存在固化条件不足、固化时间太短或者材料失效的问题。
将复合材料硬度测试制成表格，作为验收报告的一部分使用。
4.1.8补口及补强层防护固化后根据现场情况采用聚乙烯胶粘带或其它防腐措施对这一区域进行防护。
缠绕层与原防腐层的搭接宽度应不少于100mm。
如果采用聚乙烯胶粘带，则缠绕时胶粘带边缝应平行，不得扭曲皱折。
缠绕过程中搭接宽度不小于25mm为宜。
4.1.9土壤回填复原当补强层固化后，采用电火花检漏仪进行测试，在确认开挖管段无漏点的情况下，采用细沙或素土进行分层夯实回填，对现场进行清理并恢复地形原貌，保证管线埋深达到设计要求。
为了保证在下一次进行管道智能检测时，能够对补强修复的缺陷和其它未被修复缺陷点进行区分，在补强施工完成后可以加装智能检测提示装置。
智能检测提示金属条安装在复合材料的边缘两端，安装完毕后需进行防腐处理。
4.2施工中的注意事项(1)碳纤维片在使用过程中应远离电源，尤其是高压电线及输电线路。
(2)配套使用的树脂要远离火源，避免阳光直射，施工人员严禁在现场吸烟。
(3)开挖前对施工人员进行现场教育，注意人身安全。
负责施工的工长应每天进行班前安全教育和安全检查，督促工人戴好防护眼镜、手套、口罩、安全帽等。
(4)防止开挖时损坏管道及防腐层。
5安全应急预案和措施5.1安全措施和预防为了贯彻“安全第一”思想，在补强施工中，特制定下述安全防范措施。
(1)操作人员在操作设备时，要严格按照操作规程进行。
(2)施工作业时，非工作人员不得进入作业现场。
(3)各小组人员要各司其职，忠于职守，不得越权指挥。
(4)作业人员不得穿化纤服装和带铁钉鞋，防止静电和鞋底火花造成的事故。
(5)安全人员有权制止任何人员违章操作。
(6)车辆启动，必须确定周围无可燃气体存在后才可操作。
(7)设置专职安全监督员，检查各项安全措施的执行情况。
5.2事故预想及处理(1)漏气和漏油事故处理。
如果突然发生漏气和漏油现象，应立即关闭一切火源，扩大警戒范围，禁用通讯设备，及时与业主沟通，启动业主抢修应急预案。
(2)作业区发生火灾的处理。
如果发生火灾，应首先关闭一切火源，立即组织人员迅速疏散，扩大警戒范围，与业主联系，启动业主灭火应急预案。
6竣工验收6.1验收申请施工完毕后，按合同要求对修复完的管道向甲方提出验收申请，由业主组织有关单位对工程进行验收。
6.2验收内容(1)碳纤维片材的实际粘结面积不应少于设计面积，位置偏差不应大于10mm。
(2)碳纤维片材与钢管之间的粘结质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法检查，总有效粘结面积不应低于95%。
当碳纤维布的空鼓面积不大于100cm2时，可采用针管注胶的方法进行修补。
当空鼓面积大于100cm2时，将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等量的碳纤维片材，搭接长度不应小于100mm。
(3)复合材料硬度测试合格。
所测得数据需与实验室数据基本相符合。
相差较大的为固化不完全的修复。
需要重新考察固化条件。
6.3竣工资料施工完毕后，需向甲方提供以下竣工资料:(1)管道缺陷补强记录资料:记录缺陷部位、面积、坑深及补强情况;(2)各段防腐修复的施工记录;(3)补强防腐材料合格证，检测报告;(4)影像资料;(5)施工总结。
![碳纤维加固工艺流程及要点措施[001]](https://img.taocdn.com/s1/m/f485a6e333d4b14e8524683b.png)
