碳纖維加固混凝土施工技術體會
——以天津市某校舍加固工程為例

碳纖維在建筑領域的應用是近年來建筑工程領域的新課題，碳纖維材料是一種新型、高科技化工產(chǎn)品，在國際上發(fā)展迅猛，應用廣泛?！缎虏牧袭a(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》碳纖維列入其中，作為重大工程進行重點發(fā)展，顯示了碳纖維的應用推廣極具潛力。碳纖維具有高強度、耐腐蝕等特點，近年來，隨著碳纖維生產(chǎn)技術的革新和發(fā)展，碳纖維的成本隨之下降，碳纖維也越來越多地應用到各類房屋抗震加固改造、舊建筑物混凝土加固等工程項目中，獲得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

1 碳纖維的特點

1.1 質(zhì)量輕、強度高

碳纖維的密度在1.6～2.5g/cm3之間，拉伸強度達到了2.2Gpa以上。因此，碳纖維具有比較高的強度和比模量，絕大多數(shù)金屬相比較，碳纖維的比強度要比它們高出7倍以上，比模量達到了金屬的5倍以上。

1.2 有較好的耐磨性

碳纖維有比金屬更高的耐磨性，用碳纖維來作為建筑材料，可以增強建筑的抗震能力和抗衰老能力。

1.3 耐腐蝕性

由于碳纖維的成分幾乎是純碳（最穩(wěn)定的元素之一），酸、堿、有機化學藥品對它的腐蝕作用很低，作為建筑材料，可以增強建筑的抗腐蝕能力，延長建筑物壽命。

1.4 熱膨脹系數(shù)小

絕大多數(shù)碳纖維本身的熱膨脹系數(shù)，室內(nèi)為負數(shù)（-0.5～-1.6）×10-6/K，在200～400℃時為零，在小于1000℃時為1.5×10-6/K。）因此，作為建筑外墻材料使用，具備一定的節(jié)能功效。碳纖維還耐高溫，在400℃以下性能非常穩(wěn)定。對建筑節(jié)能也有一定的貢獻。

1.5 疲勞強度高

碳纖維的結構穩(wěn)定，強度超過鋼材的20%，鋁材的30%，因此碳纖維建筑材料的安全系數(shù)顯著提高。

2 工程概況

本工程主要施工項目為天津大港第一小學、第七中學、第九中學校舍加固及功能提升工程，包括墻體加固、樓梯、梁、柱加固等加固項目及內(nèi)外檐墻面維修、裝飾、屋面維修以及室內(nèi)電氣、給排水、暖氣的改造、維修項目等相關的功能提升項目。

2.1 工程依據(jù)

2.1.1 大港一小、七中校舍加固工程施工圖紙。

2.1.2 混凝土的破壞及現(xiàn)場踏勘情況。

2.1.3 《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規(guī)程》、《磚混結構加固與修復》。

3 施工準備

3.1 施工材料的準備

打底膠、找平膠、浸潤膠、JCT-35Ⅰ、Ⅱ型碳纖維布。

3.2 材料的準備

符合質(zhì)量要求和工程要求的碳纖維布及相應工具和輔助材料等。

3.3 按規(guī)程要求搭設施工平臺

為方便工程順利施工，按照安全規(guī)程的要求和施工高度，搭設腳手架等施工平臺。

4 施工過程

4.1 工藝流程

清理現(xiàn)場→放線定位→混凝土基層處理→混凝土基層表面找平→涂刷底層樹脂→粘貼碳纖維布→涂刷保護面料→固化養(yǎng)護→竣工驗收。

4.2 施工方法

4.2.1 定位放線

按設計要求在部位放線，放線寬度應在粘碳投影面外圍加寬20mm，這樣在用丙酮或酒精擦拭砼面時，便可減少對粘貼面的污染。

4.2.2 混凝土基層處理

墻體表面附著的腐蝕、損壞、剝落的混凝土塊應予以機械或手工清除，使得混凝土下的結構層完全裸露出來，同時使用修復材料將表面打磨、修復，使之變得平整干凈，為下一步工作作準備。

用工具將原混凝土表面需要進行修補的被破壞層進行剔除工作，如混凝土表面有抹灰層，還應當先剔除掉抹灰層后進行混凝土的表層剔除工作，在表層被剔除露出原來的混凝土的基層面后，再用工具打磨干凈混凝土的表面浮漿層，打磨寬度為每邊比片材寬度多1～2cm，直到去除混凝土的表面灰漿層，露出混凝土堅實層，要求混凝土的堅實層表面越粗糙越好。

將混凝土堅實層的表面浮塵清除干凈，用丙酮將需粘貼處清洗干凈。由于預制板脫離劑等化學物質(zhì)的存在，可能影響底膠的粘結性，所以基面打磨必須全面徹底。如清除表面遇有蜂窩麻面，應用修補料將表面修補找平；如原混凝土有裂縫，應進行灌膠或封閉處理。

在墻面的轉(zhuǎn)角處、梁邊、墻角直角處用工具進行倒角處理，工藝要求是曲面半徑應不小于20mm，目的是要保證碳纖維布在轉(zhuǎn)角處實現(xiàn)圓滑過渡，不能因為角門粗糙而損傷碳纖維絲，造成碳纖維布的表面破損，影響施工效果。表面處理完之后，應當將粉塵完全吹凈。

4.2.3 涂膠、找平

按照3:1的比重，分兩組進行底膠的配比調(diào)和，調(diào)勻后用專用刮板均勻地涂抹在打磨平整干凈的混凝土結構層上，要求按照0.25～0.3kg/m2的密度進行涂膠作業(yè)。根據(jù)不同施工季節(jié)溫度條件，在底膠固化后，繼續(xù)下一道工序。按規(guī)定，底膠應當在調(diào)和均勻后的40分鐘內(nèi)用完。之后，對不平整的部位進行補膠作業(yè)，填平空隙和空洞，修改平整。

4.2.4 粘貼碳纖維布

將調(diào)和均勻的浸潤膠用專用刮板均勻地涂抹到需粘貼的碳纖維布的底層上，要求按照0.6～1.0kg/m2的密度進行，之后粘貼到刮好膠的混凝土墻面上，并用專用滾子沿碳纖維布受力方向來回用均勻的力度進行滾壓，擠出其中的汽泡、壓平、壓實。待指觸干燥后，可進行第二粘貼工作，方法同前。兩塊碳纖維布之間的搭接長度不應超過100mm，端部用橫向碳纖維布固定。待面膠指觸干燥后，表面用防火涂料或水泥砂漿做一層保護層。

4.2.5 固化養(yǎng)護

碳纖維布貼完后，要根據(jù)環(huán)境溫度的不同確定養(yǎng)護周期的時間。

環(huán)境溫度在20℃以上時，養(yǎng)護時間約1天可以達到初步硬化效果，進行施工質(zhì)量檢測工作則需要時間在養(yǎng)護1周后方可進行；而環(huán)境溫度低于20℃高于10℃時，養(yǎng)護硬化時間要延長到1～2天，施工質(zhì)量檢測工作也需在養(yǎng)護時間1～2周后；環(huán)境溫度低于10℃時，需要2天的養(yǎng)護時間，施工質(zhì)量檢測時間也相應地需要延長到養(yǎng)護2周時間后。

在養(yǎng)護期間，禁止對作業(yè)面移動、敲擊，更要禁止高溫處理。

5 質(zhì)量保證措施

5.1 材料

5.1.1 碳纖維布采用北京某公司生產(chǎn)的JCT-35型200g/平方米、300g/平方米碳纖維布，達到《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB 50367-2006）Ⅰ級碳纖維布要求。

5.1.2 碳纖維布粘結劑采用該公司生產(chǎn)的配套碳纖維浸潤膠碳纖維專用粘結劑，達到《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB 50367-2006）A級膠要求。

5.1.3 施工用材料均有產(chǎn)品合格證及產(chǎn)品質(zhì)量保證書，以及廠家的產(chǎn)品抽樣檢測報告。

5.2 施工組織措施

5.2.1 該工程有嚴格的施工組織體系，做到各施其職、各負其責；

5.2.2 施工全過程報現(xiàn)場總包施工單位、監(jiān)理單位驗收后，繼續(xù)下一步施工工序；

5.2.3 每一施工過程的相應資料及時報總包施工單位。

5.3 施工工藝

5.3.1 施工工程嚴格按照《碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程》要求進行；

5.3.2 碳纖維搭接長度嚴格按規(guī)范要求的100mm進行施工；

5.3.3 陰角部位粘貼完成后用角鋼擠壓成型，用專用夾具夾緊角鋼。施工中應使用隔離層將粘結劑與角鋼有效的隔離開。

5.4 檢測

施工完成后及時協(xié)調(diào)檢測單位對該項目進行檢測工作，接受監(jiān)理單位的隨機抽樣。

6 施工安全注意事項

6.1 多數(shù)膠含有對健康有害的物質(zhì)，容易使皮膚發(fā)炎。

6.2 勿在近火源處使用。

6.3 作業(yè)場所請充分換氣。

6.4 作業(yè)中注意勿接觸皮膚，必要時戴上有機氣體用防毒面具、送氣面具、保護手套、保護眼鏡等。

6.5 取放時避免從容器中漏出，一旦從容器中漏出，撒上砂后處理。

6.6 作業(yè)完后，須洗手、漱口。

6.7 若附在皮膚上，須迅速檫去，用肥皂和水洗掉。感到疼痛或外觀有變化時，應去看醫(yī)生。

6.8 若吸入蒸氣或毒氣等，感到惡心時，在空氣清新處休息，必要時看醫(yī)生。

6.9 若濺入眼中，用大量水洗凈，必要時看醫(yī)生。

6.10 發(fā)生火災時，請使用二氧化碳泡沫滅火器。

6.11 若大量混合使用多種粘合膠，會出現(xiàn)發(fā)熱冒煙、有效可使用時間縮短的現(xiàn)象，應在有效使用時間內(nèi)，混合用量依據(jù)有效時間酌量提取。

7 結論

通過工程實踐體會到，碳纖維布結構加固工程只要按照安全規(guī)程搭設簡單的腳手架，現(xiàn)場根據(jù)要求按比例調(diào)配粘合膠，可根據(jù)墻體形狀和尺寸隨意剪裁碳纖維布，因此，十分簡便，快捷，安全，易掌握，說明該項技術十分適用，優(yōu)點很明顯，應用前景廣闊。