高弹模碳纤维片材

碳纤维片材加固混凝土结构技术规程
混凝土结构是建筑行业中最常见的结构形式，其强度、耐久性和可靠性都很高。

但是，随着环境恶化和建筑质量的提高，混凝土结构的刚度和抗震性能也面临着更大的挑战。

为了维护混凝土结构的安全和稳定，强化混凝土结构的技术就显得尤为重要。

碳纤维片材加固混凝土结构，就是指将混凝土结构外表面加以一层碳纤维片材，以增强混凝土结构的抗拉强度、抗剪力强度、耐久性和防水性能。

碳纤维片材加固混凝土结构技术规程主要包括：
第一，碳纤维片材的选择与使用。

碳纤维片材的强度和耐久性比一般的纤维片材要好，是保证混凝土结构强度和耐久性的有效手段。

第二，碳纤维片材的施工技术。

碳纤维片材施工时应注意与混凝土表面的贴合，使碳纤维片材同混凝土表面形成一个完整的加固结构，从而提高混凝土结构的抗拉强度、抗剪力强度和耐久性。

第三，碳纤维片材的处理技术。

碳纤维片材施工后，应及时进行处理，以防止碳纤维片材的腐蚀，确保加固混凝土结构的安全性和牢固性。

碳纤维片材加固混凝土结构技术规程是保障混凝土结构的安全性和可靠性的重要手段，在混凝土结构建设中必须严格遵守，以确保混
凝土结构的安全性和耐久性。

【技术干货】详细解析日本东丽最新型高模量碳纤维及热塑性颗粒近期日本东丽公司官方网站发布其在高模量碳纤维领域的最新研究进展，开发出拉伸强度4.8GPa、拉伸模量390GPa的高模量碳纤维；与东丽2018年推出的M40X型碳纤维相比（拉伸强度5.7GPa、拉伸模量377GPa）相比，该款纤维的力学性能并不出色，但其直径达到7μm，要高于M40X型纤维5μm，具有较显著的成本优势。

新闻详报5月21日，日本东丽公司宣布开发出一种最新款高模量碳纤维和热塑性颗粒，而该热塑性颗粒非常适合使用该纤维进行注塑成型加工，且通过使用这些颗粒能够有效地生产出轻量化、具有复杂结构的高刚性零件，在降低对环境影响的同时，也可以大大提高成本效益。

东丽公司将在未来三年内推进研发工作，以推进纤维和热塑性颗粒的商业化。

目前日本东丽公司的TORAYCA®T系列高强度碳纤维已经广泛应用于压力容器、汽车、其他工业应用以及航空航天市场。

2014年，东丽公司推出了TORAYCA T1100G碳纤维，该款碳纤维具有全球最高的拉伸强度7.0 GPa，而拉伸模量也达到320 GPa。

2018年，日本东丽公司通过采用专有的纳米级纤维结构控制技术来平衡高压缩强度、高拉伸强度和高拉伸模量，成功开发出拉伸强度5.7GPa、拉伸模量377GPa的TORAYCA M40X型高强高模碳纤维，该纤维由于兼具高强度和高模量，有望在高端运动器材和航空航天结构材料中实现应用。

但该型碳纤维直径为5μm，细直径会影响生产率，并导致高昂的生产成本。

而在此次宣布的最新成果中，日本东丽进一步发展适用于TORAYCA ®MX系列的纳米级结构控制技术，均匀控制直径7μm的纤维内部结构，拉伸模量达到了390GPa，与传统工业用TORAYCA 系列产品（T700）相比，模量提升了70%，并具有更高的性价比。

最新研发的高模量碳纤维通过与新研发的TOR AYCA®Pettlet热塑性粒料结合，采用注塑成形工艺加工得到的粒料拉伸模量达到41GPa，与镁合金模量（45GPa）相当，同时该粒料的比重仅为1.4，而镁合金比重为1.8。

碳纤维性能的优缺点及其对策现面以结构加固用的碳纤维布为例说明碳纤维的性能：碳纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对建筑构件进行加固处理，该技术采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的10倍左右。

具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。

厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。

1、碳纤维介绍碳纤维根据原料及生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈（PAN）基碳纤维及沥青基碳纤维。

碳纤维产品包括PAN基碳纤维（高强度型）及沥青基碳纤维（高弹性型）。

2、环氧树脂不同类型的树脂还可以保证其对砼具有良好的渗透作用，例如底涂树脂；以及对碳纤维片与砼结构的粘接作用，例如环氧粘结树脂等。

（1）环氧树脂简介仅仅依靠碳纤维片本身并不能充分发挥其强大的力学特性及优越的耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维片粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。

因此，环氧树脂的性能是重要的关键之一。

环氧树脂因类型不同而有不同的性能，适应于各个部位的不同要求。

例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度；粘贴碳纤维片的环氧树脂易于"透"过碳纤维片，有很强的粘结力。

依使用温度的不同，树脂还分为夏用及冬用类树脂。

2、碳纤维材料与其他加固材料对比（1）抗拉强度：碳纤维的抗拉强度约为钢材的10倍。

（2）弹性模量：碳纤维复合材料的拉伸弹性模量高于钢材，但芳纶和玻璃纤维复合材料的拉伸弹性模量则仅为钢材的一半和四分之一。

（3）疲劳强度：碳纤维和芳纶纤维复合材料的疲劳强度高于高强纲丝。

金属材料在交变应力作用下，疲劳极限仅为静荷强度的30%～40%。

由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展，以及存在纤维内力再分配的可能性，复合材料的疲劳极限较高，约为静荷强度的70%～80%，并在破坏前有变形显著的征兆。

（4）重量：约为钢材的五分之一。

（5）与碳纤维板的比较：碳纤维片材可以粘贴在各种形状的结构表面，而板材更适用于规则构件表面。

碳纤维布施工工艺方法和要求一、应根据施工现场和被加固构件混凝土实际状况，拟定施工方案和施工计划。

对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等做好施工前准备工作。

（一）表面处理：1、应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。

2、应按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。

3、被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。

转角粘贴处要进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20㎜。

4、混凝土表面应清理干净并保持干燥。

（二）涂刷底层树脂：1、按产品供应商提供的材料配比进行配制；甲、乙两组胶按配比装入容器桶内，采用电锤及扩大头钻头，转速在600转/分，搅拌时间约8分钟；使胶无色差。

搅拌均匀后方可使用。

2、应用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。

应在树脂表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。

（三）找平处理：1、应按产品供应商提供的工艺规定配制找平材料。

2、应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角。

3、转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径应不小于20㎜。

4、应在找平材料表面指触干燥后立即进行下一步工序施工。

（四）粘贴碳纤维片材：1、粘贴碳纤维布应符合下列要求：（1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；（2）应按产品供应商提供的工艺规定配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位；（3）用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。

滚压时不得操作碳纤维布；（4）多层粘贴重复上述步骤，应在纤维表面浸渍树脂指触干燥后立即进行下一层的粘贴；（5）在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

2、应按下列步骤粘贴碳纤维板：（1）应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板，按产品供应商提供的工艺规定配制粘结树脂；（2）将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘。

如需粘贴两层时，对底层碳纤维板两面均应擦拭干净；（3）擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈突起状，平均厚度不小于2㎜；（4）将涂有粘结树脂的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。

碳纤维片材加固混凝土结构技术【一】总则1、为使碳纤维片材加固混凝土结构的工程，做到技术可靠、安全适用、经济合理、确保质量，制订本规程。

2、本规程适用于房屋建筑和一般构筑物混凝土结构加固的设计、施工及验收。

3、采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构的设计、施工及验收，除应符合本规程的规定外，尚应遵守国家现行有关标准的规定。

4、采用粘贴碳纤维片材加固的混凝土结构，长期使用的环境温度不应高于60℃。

处于特殊环境（腐蚀、放射、高温等）中的混凝土结构采用碳纤维片材加固时，尚应遵守国家现行有关标准的规定，并采取相应的防护措施。

5、采用碳纤维片材加固混凝土结构前，应按国家现行有关标准对原结构进行检测鉴定。

6、采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应由对该加固方法熟悉的设计人员进行设计，并由专业施工队伍进行施工。

【二】材料【1】一般要求1、采用粘贴碳纤维片材对混凝土结构加固时，应使用聚丙烯腈基（PAN基）12k或12k以下的小丝束碳纤维片材、配套的改性环氧树脂胶粘剂和表面防护材料。

2、加固用材料应具有质检部门的产品安全性能检测报告和产品合格证；碳纤维片材和配套胶粘剂应具有符合本规程第3.2节和第3.3节规定的安全性能；对配套胶粘剂还应提供耐湿热老化性能指标及施工和使用环境要求。

3、本规程所列碳纤维片材的安全性能指标是对单向碳纤维片材的要求。

4、混凝土、钢筋和其它材料的有关设计指标应按国家现行有关标准采用。

【2】碳纤维片材1、碳纤维布的抗拉强度应按纤维的净截面面积计算。

净截面面积取碳纤维布的计算厚度乘以宽度。

碳纤维布的计算厚度应取碳纤维布的单位面积质量除以碳纤维密度。

碳纤维板的性能指标应按板的截面（含胶）面积计算，截面（含胶）面积取实测厚度乘以宽度。

2、碳纤维片材的受拉性能应按现行国家标准《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》GB/T3354测定。

3、单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量不宜低于150g/m2，且不应高于300g/m2。

碳纤维板力学性能一、卡本碳纤维板加固技术优点1、抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍;2、自重轻、易使用，作业轻松且不需大型机械设备;3、在平板下端如有配管交错放置或受空间限制的情况，便于直接作业;4、粘贴碳纤维板时，碳板胶不流淌，减少对作业周边环境的影响;5、补强后基本不改变构件的形状及重量和使用空间;6、粘贴1层碳纤维板的补强效果相当于4～8层碳纤维布，从而可以更大程度的提高结构性能;7、在遇有中间梁或壁的平板时，只要能凿穿使碳纤维板能够通过的孔洞即可，无需截断，更加提高补强效果;8、施工后很容易进行目视或锤击法检查。

二、卡本碳纤维板力学性能1、碳纤维板原材料力学指标2、碳纤维板性能指标3、碳纤维板设计计算指标三、碳板胶特点1、碳板胶是常温固化A、B双组分环氧树脂胶，该产品具有可操作性好、不分层、不离析、触变性好、施工不流淌等特点;2、固化后材料具有优良的机械性能、良好的韧性和抗震及抗冲击能力;3、耐各种复杂介质，如酸、碱、盐等，耐老化;4、该产品绿色环保不含有挥发性溶剂，安全无毒。

四、卡本碳板胶安全性能指标五、碳纤维板加固施工流程工艺流程可以归纳为：施工准备→基面处理→配制浸渍树脂→粘贴碳纤维板→固定碳纤维板→表面防护1、施工准备拟定施工方案，准备工具和材料。

(1)混凝土基体去除表面的油质、灰尘和其他松散骨料，修复表面大的不平整部分或孔洞，使表面有足够的水平度，必要时需使用轻度喷砂、打磨或其他有利于粘接的施工方法处理(注意混凝土基材内力应高于1.5N/mm2才能进行外部加固);(2)钢材基体去除表面灰尘、油和油脂、铁锈、水锈、碾压表皮，建议高压清洗、研磨或喷砂;(3)木材基体去除表面油和油脂、杂质，喷砂或研磨使其粗糙。

3、配制浸渍树脂(1)严格按照配套树脂的主剂、固化剂所规定的2:1比例称重，装入容器，用搅拌器均匀搅拌。

(2)一次调和量不宜过多，以在可使用时间内用完为准。

4、粘贴碳纤维板(1)应按设计要求的尺寸裁剪碳纤维板;(2)应将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘，当需粘贴两层时，底层碳纤维板的两面均应擦拭干净;(3)擦拭干净的碳纤维板应立即涂刷结构胶粘剂，胶层中央应呈拱起状，平均厚度应不小于2mm;(4)应将涂有胶液的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。