[发明专利]一种混凝土加固用碳纤维布预处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维布预处理方法；特别是涉及一种混凝土加固用碳纤维布预处理方法。

背景技术

碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材（预浸布）等 。碳纤维布是一种单向碳纤维加固产品，通常用于混凝土结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固。碳纤维布加固原理是：采用高性能的结构胶粘剂粘结于混凝土构件的表面，与结构胶粘剂协调作用，可构成完整的性能卓越的碳纤维布片材增强体系，利用碳纤维材料良好的抗拉强度，达到增强结构构件承载能力的目的。

目前在粘结碳纤维布的结构胶粘剂中，环氧类有机胶使用较广泛，但环氧类有机胶存在两个缺点：（1）耐火性差，环氧类有机胶的软化点很低，在高温情况下易软化失效；（2）具有毒性，环氧类有机胶生产过程中添加的溶剂或其他挥发性毒性物质，会对人体和环境带来不利影响。

为弥补以上不足，使用无机类胶粘剂代替环氧类有机胶粘剂粘结碳纤维布。无机类胶粘剂主要有碱激发矿渣类材料、氯氧镁水泥、磷酸盐系无机胶等。其中磷酸镁水泥粘结强度高、固化收缩率小、耐久性优良、价格低廉，无污染、制备工艺简单、生产周期短、使用方便，是一种有很大发展前途的无机类胶粘剂。在专利CN 103786382A中公开的一种无机胶纤维复合材料补强和保护混凝土的方法，以及CN103104100A所公开的一种应用磷酸镁水泥和纤维布复合材料加固混凝土的方法。均公开了类似的采用磷酸镁水泥作为胶粘剂的技术。

磷酸镁水泥由可溶性磷酸盐、氧化镁、缓凝剂和水拌制而成。但是氧化镁微溶于水，而碳纤维布一般比较致密，一束碳纤维中包含几千或者几万根纤维单丝，纤维单丝之间的空隙较小，形成无数个毛细管。当磷酸镁水泥与碳纤维布接触时，由于毛细作用，磷酸镁水泥中的水分被碳纤维布汲取，充斥在毛细管中，而氧化镁由于粒径较大，被密实的碳纤维布过滤掉，残留在碳纤维布表面，导致原本均匀的分散体系出现两相分离的现象。

在磷酸镁水泥粘结碳纤维布加固混凝土试件破坏试验中，达到极限荷载时，碳纤维布和粘贴面均未出现明显的变形，破坏是突然发生的。破坏后，粘贴面处的碳纤维布大部分被剥离，碳纤维布底部的粘贴胶完全粘在混凝土试块上，和底胶直接接触的碳纤维布被拉断并粘在试块上，其余的则被剥离。这表明磷酸镁水泥粘结碳纤维布时，只有与底胶直接接触的碳纤维可以被浸润，碳纤维布无法与磷酸镁水泥整体受力，在承受外部荷载时，只是最底层的碳纤维传递剪力，而其上的碳纤维丝则未充分发挥作用，整块碳纤维布未能充分发挥抗拉强度高的优势。因此使用磷酸镁水泥粘结碳纤维布的效果不仅仅取决于碳纤维布和磷酸镁水泥自身的性能，而且与二者之间的粘结强度有很大关系。磷酸镁水泥与碳纤维布之间要粘结紧密，其前提是磷酸镁水泥必须能充分润湿碳纤维布。

为改善结构胶粘剂对碳纤维布的浸润性，提高胶粘剂与碳纤维布之间的粘结强度，科研工作者们研发了众多表面处理方法来改善碳纤维布的表面状态。目前，改善碳纤维布表面状态，提高结构胶粘剂与碳纤维布之间的粘结强度主要有以下三种机理：（1）提高纤维的表面粗糙度以提高其与基体的物理粘结作用；（2）增加纤维表面活性官能团以其与基体的化学粘结作用；（3）通过聚合、沉积等手段在碳纤维与基体之间增加一过渡层。

基于以上机理，目前已开发出多种碳纤维的表面处理方法，主要有氧化处理、氨气处理、表面涂层处理、等离子体处理、杵捣和加压处理等处理方式。