碳纤维布加固用树脂胶粘剂（加固碳布胶）详细介绍

碳纤维布加固用树脂胶粘剂

碳纤维布加固用树脂胶粘剂（加固碳布胶）

碳纤维布加固用树脂胶粘剂（加固碳布胶）

碳纤维布加固用树脂胶粘剂（加固碳布胶）

注：
1 、 B 级胶不用于粘贴预成型板；　
2 、表中的性能指标，除标有强度标准值外，均匀平均值；
3 、当预成型板为仰面或立面粘贴时，其所使用胶粘剂的下垂度（ 40 ℃ 时）不应大于 3mm ；
4 、当按现行***《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法（金属对金属）》 GB/T 7124 制备试件时，其加压养护应在侧立状态下进行。　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　底胶的安全性能指标

碳纤维布加固用树脂胶粘剂（加固碳布胶）

修补胶的安全性能指标

一、特点

是由特种环氧树脂为基料，经过特种改性技术改性而成的高性能粘结胶。该胶专门用于粘贴碳纤维加固工程，可充分发挥碳纤维的高强、高模特性，达到佳加固效果。执行标准《纤维片材加固修复结构用粘接树脂》 JG/T166-2004 。

二、使用方法

1 、使用配料比：甲∶乙 =4 ∶ 1 。 2 、使用温度范围：冬季施工型：≥ -15 ℃ ；春秋季施工型： 5 ℃ ～ 15 ℃ ；夏季施工型： 15 ℃ ～ 35 ℃ 。3 、在处理合格的基层表面； 4 、先涂刷一道本胶； 5 、粘贴碳纤维布后； 6 、在碳布表面再涂刷一道本胶； 7 、并用胶辊辊压碳布； 8 、使胶与碳布浸润密实即可。

三、配套材料：　本公司配套提供打底胶、罩面胶。

四、参考用量

视碳布规格的不同，本胶的使用量约为 600 ～ 800g/m 2 。

[ 应用实例 ]

碳纤维复合材料加固混凝土结构

碳纤维材料具有轴向抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性及耐久性好等特点，在土木工程领域的应用已非常广泛，主要有：短纤维加入混凝土制成碳纤维混凝土；制成棒状代替钢筋；制成束状用作大型土木工程的拉索或悬索等。在国外，碳纤维增强聚合物 (Carbon Fibre Reinforced Polymer 简称 CFRP ，有时也称为碳纤维增强塑料 ) 在混凝土结构加固领域已得到了广泛的应用。

1 、外贴 CFRP 加固技术

CFRP 的抗拉强度高、密度小、重量轻、耐久性好、耐腐蚀、施工便捷。外贴 CFRP 加固混凝土结构可用于各种结构类型 ( 建筑物、构筑物、桥梁、隧道、烟囱等 ) ；各种结构形状 ( 矩形、圆形、曲面结构等 ) 和各种结构部位 ( 梁、板、柱、节点、拱、壳、墩等 ) 。外贴 CFRP 施工灵活、方便，根据补强目的和部位可分为： (1) 抗弯能力加强 ( 如柱、梁、桥墩、桥板、烟囱等 ) ； (2) 抗剪能力加强 ( 如柱、梁、桥墩、剪力墙和带孔洞构件等 ) ； (3) 抗压能力加强 ( 柱等 ) ； (4) 抗环境腐蚀能力加强 ( 如隧道、烟囱、电线杆等 ) 。

经过几十根外贴 CFRP 加固梁的抗弯、抗剪试验及粘钢加固和粘贴 CFRP 加固混凝土双向板的比较试验。研究表明，外贴 CFRP 加固对梁的抗弯、抗剪极限承载力以及混凝土板的极限承载力均有明显的提高；外贴 CFRP 加固对构件刚度的影响取决于加固用的 CFRP 的厚度；用 CFRP 抗弯加固的构件有 4 种典型的破坏特征：受压区混凝土被压坏 ( 钢筋屈服 ) ； CFRP 被拉断 ( 钢筋屈服 ) ；粘结破坏 ( 混凝土被拉下 ) ；混凝土－胶界面剥离破坏。对不同的破坏特征其极限承载力的计算方法不同，外贴 CFRP 抗弯、抗剪加固效果受其锚固性能的影响很大。同时，研究还表明，影响加固效果的参数很多，主要包括：加固梁本身的性能及几何情况 ( 支撑情况、高跨比、剪跨比、混凝土强度、配筋率、配箍率等 ) 和加固材料的性能 (CFRP 的厚度、弹性模量、胶的弹性模量及极限延伸率等 ) 。研究还表明，开发国产 CFRP 材料及粘贴胶用于加固是完全可能和必要的。

2 、 CFRP 及粘贴胶

FRP 系高性能复合材料，是由环氧树脂粘聚高抗拉强度的连续纤维束而成的。常用的高性能纤维复合材料有碳纤维增强聚合物 (CFRP) 、聚酰胺纤维增强聚合物 (AFRP) 和玻璃纤维增强聚合物 (GFRP) 等，相比之下， CFRP 的性能更优。各种胶的主要作用如下：

（ 1 ）底涂材料，作用为渗入混凝土内部，强化混凝土表面，改善 CFRP 与混凝土之间的粘结性能；

（ 2 ）整平材料，作用为修补混凝土表面缺陷，提高 CFRP 与混凝土的粘结质量；

（ 3 ）粘贴材料，*** CFRP 与混凝土的有效粘结及两者的共同工作。

各种材料的具体性能见表 1 、表 2 。表中各项指标均由厂家提供，根据产品生产国的有关规范规定的方法测定。

表 1 CFRP 及其性能

表 2 粘贴胶性能指标

3 、外贴 CFRP 加固的施工要点

外贴 CFRP 加固在国内还是一种新技术，而外贴 CFRP 加固时的施工质量对加固效果有很大影响。根据试验及工程应用，以 CFRP 为例，总结出以下施工要点，可供工程应用参考。外贴 CFRP 加固混凝土结构的施工流程为：基面处理 → 基面清洗 → 涂刷底胶 → 粘贴面修补 → 粘贴 CFRP → 养护 → 外表防护处理。

（ 1 ）基面处理： 1) 对混凝土粘贴面的劣化层 ( 如浮浆、风化层等 ) 用砂轮认真清除和打磨。 2) 基面凸出部分要磨平，转角部位要做倒角处理。 3) 强度等级较低和质量较差的混凝土应凿掉，并用不低于原混凝土强度等级的环氧砂浆修补。 4) 裂缝部分要注入环氧树脂修补。

（ 2 ）基面清洗： 1) 用钢丝刷刷去表面的松散浮渣。 2) 用压缩空气除去表面粉尘。 3) 用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可用清水冲洗，但必须待其充分干燥后再进行下道工序。

（ 3 ）涂刷底胶： 1) 按比例将底胶的主剂和硬化剂放入容器内，用低速旋转的方法搅拌均匀。一次调合量应在可使用时间内用完，超过可使用时间不能用。 2) 用滚筒或刷子均匀涂抹，特别是冬季，胶的粘度较高，不能涂得太厚。 3) 底胶硬化后，若表面有凸起部分，用磨光机或砂纸打磨平整。 4) 待底胶指触干燥后，进入***道工序。

（ 4 ）粘贴面修补：对粘贴面上的凹入部位，用环氧腻子 (FE － Z 或 FE － B) 修补，以***粘贴面平整，确保加固效果。待环氧腻子指触干燥后，进入下一道工序。

（ 5 ）粘贴 CFRP ： 1) CFRP 的下料长度，应在现场根据施工经验和作业空间确定，若需接长，接头的长度应根据具体情况而定，一般不得低于 15 ㎝。 2) CFRP 的下料数量以当天的用量为准。 3) 粘贴 CFRP 时须*** CFRP 和混凝土面的粘贴密实，以免影响加固效果。 4) CFRP 粘贴后，为***树脂的充分渗浸，应至少放置 30min 以上，此期间若发生浮起、错位等现象，需进行处理。 5) CFRP 粘贴后，再在 CFRP 的外表面涂刷一层 FR － E3P 树脂。 6) 粘贴 2 层以上 CFRP 时，重复以上工序。

（ 6 ）养护： CFRP 粘贴后，宜用聚乙烯板等进行养护 ( 但不要和施工面接触 ) ，用板养护应在 24h 以上。为***达到设计强度，平均气温约 10 ℃ 时养护 2 周左右；平均气温约 20 ℃ 时养护 1 周左右。

（ 7 ）表面防护处理：为***胶的耐久性、耐火性等性能，可在表面涂抹砂浆或采取其他措施。

（ 8 ）其他注意事项： 1) 气温低于 5 ℃ 时，宜停止施工。 2) 雨天和可能结露时应停止施工。 3) 当各种胶附在皮肤上时，用肥皂水冲洗，若进入眼内要立即用水冲洗或接受医生***。 4) 现场需做好防火等安全消防措施。

4 、工程实例

以下为用 CFRP 加固混凝土结构的典型工程，加固用的 CFRP 为日本新日铁公司提供的 FTS － C1 － 20 型碳纤维布。

（ 1 ）安徽某住宅楼梁抗弯加固：该住宅楼底部 ( 一层 ) 为框架结构，楼板现浇，上部 ( 五层 ) 为砖混结构，楼板为预制空心板。加固部分见图 1 。原设计 、 轴方向的梁 ( 墙 ) 为承重构件，由于当地没有跨度为 4.2m 长的空心板，故施工单位擅自将空心板旋转 90 o 放置，即将空心板搁置在 、 、 轴线上，导致这些轴线上的梁 ( 墙 ) 由非承重构件变为承重构件，故需进行加固。

考虑到该楼即将交付使用，为减少对原有结构的影响、加固施工方便和加固后结构安全等，决定用粘贴 CFRP 的方法进行加固，负弯矩处用粘钢加固。各梁的加固情况见表 3 。以 轴线梁为例， CFRP 的加固方法见图 2 。

图 1 加固部分平面示意图 图 2　轴梁加固方案图　(1　－碳纤维布； 2 － 120mm 厚现浇板；　3　－梁　(300mm　× 500) ㎜ )

表 3 各梁加固情况

（ 2 ）南京某大厦连梁抗剪加固

南京某大厦工程主体完工后，甲方要求对底层某门洞加高，该处的连梁要打掉一部分混凝土，故需进行加固。为***抗弯承载力，用结构胶把钢筋锚入剪力墙内的暗柱，而对其抗剪承载力除对原有箍筋进行焊接外，外面再粘贴 CFRP 加固 ( 图 3) 。

（ 3 ）南京某综合楼改造加固

南京某综合楼原 5 层楼面楼板厚 100mm ，设计活荷载标准值为 4.0kN/m 2 ，后欲改造成桑拿浴室，楼面上有 2 个浴池，导致部分楼面的活荷载标准值增加至 10kN/m 2 ，故需进行加固。

经验算，荷载增加后 、 轴的预应力大梁承载力仍能满足规范要求，而 2 个桑拿浴池所在处的楼板及次梁需进行加固。考虑到楼面温度、湿度均较高和加固对原有结构影响尽可能小等因素，决定用粘贴 CFRP 方法进行加固。加固作法见图 4 、 5 。

图 3 某连梁加固示意图 图 4 板 ( 梁 ) 顶碳纤维布加固示意图 图 5 板 ( 梁 ) 底碳纤维布加固示意图

（ 4 ）某火车站失火后加固

某火车站失火后，为尽量减少经济损失和降低社会影响，业主委托有关单位对结构进行鉴定，拆除受灾严重部位的结构，受灾不太严重的部位进行加固。考虑拟加固的构件位置很高、现场施工单位多、工期短、构件混凝土强度等级均在 C15 以***因素，决定用粘贴 CFRP 的方法进行加固。实践证明，采用这种方法所需支架少，不需大型机具，施工便捷，施工工期短，受到业主的好评。

5 、外贴 CFRP 加固与粘钢加固的比较

粘贴 CFRP 加固类似于在工程中已有较多应用的粘钢加固，但在许多情况下，粘贴 CFRP 加固比粘钢加固更有优势。两种加固方法的比较见表 4 。

表 4 CFRP 加固与粘钢加固的比较

碳纤维加固用胶粘剂

摘要：碳纤维加固混凝土技术是一种新兴的、技术含量很高的加固方法，较传统的加固方法具有明显的技术优势，而配套的胶粘剂质量的好坏是影响碳纤维加固混凝土技术广泛应用的关键因素之一。通过以环氧树脂为主粘材料，丁橡胶为增韧剂及其他材料，研制符合《碳纤维片加固混凝土技术规程》（ CECS 146 ： 2003 ）的技术指标，且具有良好抗疲劳性能和耐老化性能的碳纤维加固用胶粘剂。

关键词：碳纤维胶、

ADHESIVES FOR STRENGTHENING CONCRETE STRUCTURE WITH CFRP

Abstract:The technology of strengthening concrete structure with carbon fiber reinforced polymer （ CFRP ） is one kind of emerging and high-technology reinforcement methods,as compared to traditional reinforcement methods it has obvious technical superiorities.But the quality of adhesives for CFRP is one of key fators that influence the widespread of CFRP. This topic used the epoxy resin as a primary stick and used the nitrile rubber as a plasticizing material and other materials,finally the adhesives for CFRP which conform to the technical idexes of CECS 146:2003,are developed,which have good resistances to fatigue and ageing.

Keywords:carbon fiber reinforced polymer strengthen saturating adhesive primary adhesive putty fill adhesive.

近年来，在新建房屋不断增加的同时，对现有结构的维护和补墙加固也引起了工程界的广泛重视。碳纤维加固混凝土技术较传统的加固方法有明显的技术优势：抗拉强度高、耐腐蚀性能及耐久性好、结构构件自重及体积增加少、便于施工，所以碳纤维加固混凝土技术正逐步被人们所接受。碳纤维加固混凝土技术作为一种新兴的、技术含量较高的加固方法，具有很大的市场前景。碳纤维加固用的建筑结构胶，由底胶、找平胶和面胶三种材料组成，其中，底层树脂〔底胶〕主要用于增强混凝土表层强度，提高混凝土与找平材料或粘结树脂界面的粘结强度；找平材料〔找平胶〕用于填充混凝土表面的空洞、裂缝等，使加固表面平整符合规定要求，并与底层树脂及浸渍树脂具有可靠的粘结强度；浸渍树脂〔面胶〕是粘贴碳纤维的主要粘结材料，可使碳纤维布与混凝土得到充分的站结，使其共同承受结构的作用。三类不同用途的胶粘剂均具有室温固化、粘结强度高、稳定性好等特点。

碳纤维加固用胶粘剂以环氧树脂为主要粘结材料，用丁 腈橡胶 增韧改性，选用能在常温下固化的聚酰胺、改性多元胺作为固化剂，同时根据三类胶粘剂的不同用途，添加偶联剂、触变剂、增粘剂、增塑剂、活性稀释剂和填充料进一步完善胶粘剂的性能。在三类胶粘剂中面胶的质量为关键，为了使面胶具有优良的性能，通过试验部分确定丁 腈 橡胶、固化剂、偶联剂的具体用量，形成面胶的基本配方。再通过添加触变剂、防老剂、消泡剂等其他材料进一步满足“规程”〔 CECS 146 ： 2003 〕的指标要求。通过疲劳试验、耐老化试验、模似加固试验等验证底胶、找平胶、面胶配套使用综合性能。

1　试验　
试验和养护环境条件：温度〔 23 ± 2 〕℃ 、相对湿度 〔 50 ± 5 〕％，养护 7d 测试强度，图中 1 个点代表一组数据的算术平均值，一组数据由 5 个试件组成。

1.1 主粘结树脂

表　1　碳纤维加固用胶粘剂检测结果

Table 1 Test results of adhesive for strengthening concrete with CFRP

注： 1 〕规程粘结强度指标须不小于被加固混凝土抗拉强度标准值∫ tk 2 〕混凝土发生破坏。

　　表　2　材料性能检测统计结果

Table 2 Test statistic results of material performame

注：试件个数为 5 个

表　3　静载荷下试件双盖板搭接的拉伸剪切强度

Table 3 Tensile shear strength of the specimens under static load

表　4　疲劳性能试验结果

Table 4 Test results of fatigue property

表　5　疲劳拉伸后试件伸剪切强度

Table 5 Tensile shear strength of specimens after fatigue tension

从表 3 表 5 的结果可看出， 3 组试件经 200 × 10 6 次拉伸后都没有断裂，拉伸剪切强度只下降了 1.4 ％，据有关资料表明， 0.5~0.6 倍疲劳荷载， 200 × 10 6 次的疲劳强度，相当于 50 年的使用期限，所以， SJN-B 碳纤维加固用胶粘剂具有很好的韧性和抗疲劳性能，能够承受一定的动载荷。　
2　耐老化试验　
按《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》〔 GB/T 14522-93 〕规定的荧光紫外线加速试验方法进行面胶的老化试验。成型 10 组正拉粘结试件，其中 5 组常温养护， 5 组进行人工加速老化，经过 2000h 人工加速老化试验后测试正拉粘结强度结果见表 6 。由试验结果发现， 2000h 紫外线加速试验后面胶的正拉粘结强度降低了 7.65 ％，符合“规程”〔 CDCS 146 ： 2003 〕中 2000h 老化后正拉粘结强度降低不超过 10 ％要求。

表　6　面胶　2000h　人工加速老化后正拉粘结强度试验结果

Table 6 Test results of saturating adhesive by manual acceleration ageing of 2000h MPa

3　模拟加固试验　
3.1　对抗折强度的影响　
用模拟小梁进行结构加固试验，测试小梁在粘贴碳纤维步前后抗折强度变化来体现加固效果：成型 40mm × 40mm × 160mm 砂浆块 3 组，每组 3 块试件。取一组标准养护 20d ，再自然养护 8d 进行。作为建筑结构粘结材料用的树脂主要是环氧树脂。环氧树脂具有粘结强度高、收缩率小、耐腐蚀性好等优点，本试验选用 E-51 型环氧树脂。

3.2　液体丁腈橡胶增韧改性　
由于环氧树脂含有许多的苯环或杂环，分子链柔性小，加之固化后的交联结构不易变形，致使未增韧的环氧树脂胶韧性不好，脆性较大，剥离强度很低，不耐冲击振动。所以在使用环氧树脂时，必须对环氧进行增韧处理。试验选用了端羧基丁腈橡胶〔 CTBN 〕进行增韧改性。
用 CTBN 增韧环氧树脂，在固化过程中形成环氧树脂为连续相，丁腈橡胶为粒子状分散相的两相体系，即所谓的“海岛”式两相结构，获得了***的增韧效果。 CTBN 用量通常为环氧树脂 10 ％ ~20 ％ , 量多则产生固化过程分层现象，粘结强度反而下降，试验结果见图 1 。

3.3　固化剂用量试验

环氧树脂胶粘剂只有在适当的条件下固化后，交联成网状的热固结构，才能体现优异的物理与力学性能，具有各种实用价值。固化剂的种类多，性能各异，综合考虑了碳纤维加固用胶粘剂的使用温度、固化速度、价格等方面的因素，选用了一种由植物油二聚脂肪酸与脂肪族多元胺反应而成的固化剂〔 A 〕，相对分子量 500~9000, 这种固化剂中含有活泼氨基 , 又有较长的脂肪酸碳链 , 能够起到内增塑作用 , 使固化后的环氧树脂有较好的韧性，试验结果见图 2 。结果表明，固化剂 A 用量在环氧树脂用量的 20%~30% 范围时胶粘剂的拉伸剪切强度达到了高。

3.4　偶联剂用量试验

偶联剂是分子两端含有性质不同的功能性化合物，其一端能与无机物表面反应，另一端则与有机物分子反应，以化学键的形式将两种性质大不相同的材料牢固地结合在一起。偶联剂在两种不同物质之间起着桥梁作用，从而改善了表面性质，增加了界面的粘附性，提高了粘接强度、耐水性、耐热性和耐久性。常用添加量为环氧树脂的 3 ％ ~5 ％，量多则适得其反，试验结果见图 3

3.5　其他材料　
配方中还加入了活性稀释剂、触变剂润湿分散剂、阻燃剂、消泡剂、防老剂〔或紫外线吸收剂〕等多种材料来提高胶粘剂的性能。

4　性能试验　
经国家冶金工业工程质量监督总站检测中心检测，碳纤维加固用配套树脂胶粘剂完全符合“规程”〔 CECS 146 ： 2003 〕 「 2 」 的要求，检测结果见表 1 、表 2 。

5　疲劳试验　
在疲劳试验中，采用双盖板搭接试样，测试其拉伸剪切强度。先常温成型 6 组双盖板搭接试件， 7d 后测试 3 组静载荷下拉伸剪切强度，然后确定静载荷强度的 50 ％作为动态疲劳试验的大荷载，频率为 90Hz ，大荷载与小荷载不为 0.1 ，用 AMSLER—10 高频疲劳试验机进行其余 3 组试件 200 × 10 6 次拉伸，测试结果如表 3~ 表 5 抗折试验；另一组在标准养护 20d 后，取出自然干燥 24h 再刷底胶并用面胶粘贴碳纤维布，粘贴面积 25mm × 100mm ，自然养护 7d 后进行抗折试验，具体试验结果见表 7 。　
　　　　　　　　　　　　　　表　7　底胶＋面胶＋碳纤维加固模拟试验结果

Table 7 simulated results of specimen strengthened with primary adhesive-saturating adhesive-CFRP

从表 7 可以看到：未经加固的试件抗折强度只有 6.08MPa ，用碳纤维加固后，试件的抗折强度为 9.51MPa ，较基准试件提高了 56 ％，说明经过用碳纤维加固的试件的抗折强度有明显的提高，碳纤维和试件共同承受抗折力。

6　对弹性模量的影响

本试验还进行了碳纤维布约束混凝土的模拟加固试验，制作 2 块 150mm × 150mm × 300mm 的棱柱试件，混凝土强度等级为 C25 ，用 3 条计算厚度为 0.167mm 的碳纤维分条包裹其中 1 块混凝土，碳纤维布包裹为 50mm ，碳纤维包裹层数为 1 层，碳纤维布包裹间距为 50mm ，养护 7d 后按《普通混凝土力学性能试验方法标准》〔 GB/T50081-2002 〕中静力受压弹性模量试验方法进行测试。因为混凝土强度等级为 C25 ，所以控制荷载值为 200kN 〔控制荷载值一般为轴心抗压强度的 1/3 〕，初始载荷为 11.25kN 。测试结果如表 8 、表 9 。