碳纖維布（CFS）加固混凝土結(jié)構(gòu)工法應(yīng)用

杜中華

（新疆天恒基建筑工程有限公司 烏魯木齊 830000）

1 前言

自從改革開(kāi)放以來(lái)隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)成為我國(guó)工業(yè)與民用建筑工程中主體結(jié)構(gòu)材料最為常見(jiàn)的一種，所占體量極大。于是，混凝土結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)形式的選擇就成為建筑工程維護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)、重要環(huán)節(jié)。在具體的實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新型加固法中的碳纖維復(fù)合材料（碳纖維布或板）加固技術(shù)具有明顯綜合優(yōu)勢(shì)，如對(duì)結(jié)構(gòu)截面尺寸和建筑凈空尺寸影響較小、不會(huì)破壞原有結(jié)構(gòu)、幾乎不增加自身結(jié)構(gòu)自重、耐腐蝕性強(qiáng)、施工工藝簡(jiǎn)單便捷且周期短，非常適用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固。

因此，碳纖維布（CFS）加固技術(shù)符合“方案可行、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理”的原則，并在建筑工程領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用。

2 適用范圍及要求

碳纖維布（CFS）加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)適用于工業(yè)與民用建筑工程、市政公用工程、道路橋梁工程、公路鐵路等交通工程中的建筑結(jié)構(gòu)部位以及各種構(gòu)筑物中的鋼筋混凝土構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固；在對(duì)受彎構(gòu)件和受剪構(gòu)件加固時(shí)，實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C15；在對(duì)受壓構(gòu)件采用封閉粘貼碳纖維布加固時(shí)，實(shí)際混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C10。

3 工藝原理

碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)的是利用膠粘劑把碳纖維布粘貼在混凝土受損部位，使之與混凝土基體合為一體，確保了碳纖維布（整體碳纖維絲）與混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋共同作用，充分地利用了碳纖維布的良好抗拉強(qiáng)度來(lái)達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)受損構(gòu)件的承載能力和使用功能的目的，以此來(lái)提高混凝土構(gòu)件的承載力，從而減少混凝土構(gòu)件的變形量和控制裂縫擴(kuò)展的一種補(bǔ)強(qiáng)加固方法。

4 施工工藝流程

卸除荷載→定位與放線→基層處理→涂刷底膠→找平處理→粘貼碳纖維布→表面防護(hù)

5 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）施工技術(shù)準(zhǔn)備

①組織施工技術(shù)人員參加設(shè)計(jì)交底，認(rèn)真做好圖紙會(huì)審，充分理解設(shè)計(jì)意圖和要求。制定可行性的施工方案和施工進(jìn)度計(jì)劃。

②掌握所用的碳纖維布、配套碳纖維膠粘劑使用說(shuō)明和方法。

（2）卸除荷載

①工前應(yīng)對(duì)所補(bǔ)強(qiáng)加固的構(gòu)件盡可能卸除荷載。

②對(duì)建筑工程中的梁與板采取逐層加固的方法，以保證構(gòu)件始終處于自由受力狀態(tài)下進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固施工。

（3）定位與放線

依據(jù)施工圖紙對(duì)粘貼碳纖維布位置進(jìn)行定位、放線。

（4）基層處理

①用小錘、鏨子等工具清除需要補(bǔ)強(qiáng)加固構(gòu)件混凝土表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分，直至混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)部位，洗刷干凈、清理干燥后，用專(zhuān)用底層材料和找平材料分層填補(bǔ)密實(shí)平整。標(biāo)識(shí)標(biāo)明裂縫部位，并按設(shè)計(jì)要求對(duì)需要裂縫進(jìn)行灌縫、封閉處理，設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫封閉處理。

②混凝土表面用電動(dòng)磨光機(jī)、磨平機(jī)對(duì)其表面進(jìn)行打磨清理，除去表面浮漿、浮灰、油污等雜質(zhì)，直至完全露出潔凈平整密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)面。對(duì)梁、柱等轉(zhuǎn)角粘貼處打磨成半徑不小于20mm 的圓弧角。補(bǔ)強(qiáng)加固構(gòu)件混凝土表面應(yīng)清理干凈并保持干燥。

③配制、涂刷底層膠粘劑：按照產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)載明的比例將主劑與固化劑的混合來(lái)配制底層膠粘劑。主劑與固化劑應(yīng)分別放置于清潔的容器中；應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境溫度和使用數(shù)量確定底層膠粘劑的每次拌合量，一次拌合量應(yīng)在產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用完成。采用專(zhuān)用刷將底層膠粘劑均勻涂刷于混凝土表面。在底層膠粘劑指觸干燥（樹(shù)脂表面達(dá)到固化硬結(jié)）后，盡快進(jìn)行下道工序的施工。

④找平處理：按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)的工藝規(guī)定配制找平材料。對(duì)混凝土表面凹陷部位使用找平材料填補(bǔ)平整，不得有棱角；梁、柱等轉(zhuǎn)角處用找平材料修理成半徑不小于20mm 的光滑圓弧。在找平材料表面指觸干燥后才能進(jìn)行下道工序的施工。

（5）粘貼碳纖維布

①按照施工圖紙中要求的設(shè)計(jì)尺寸和層數(shù)，由專(zhuān)人裁剪碳纖維布，并進(jìn)行分類(lèi)、編號(hào)。

②配制、涂刷面層膠粘劑：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境溫度和使用數(shù)量確定面層膠粘劑的每次拌合量，并按要求嚴(yán)格控制使用時(shí)間。具體操作步驟及要求與配制底層膠粘劑相同。采用專(zhuān)用刷將面層膠粘劑均勻地涂刷在待粘貼的部位，在碳纖維布搭接、構(gòu)件轉(zhuǎn)角等部位要多涂刷一遍。

③粘貼碳纖維布時(shí)必須使用特制輥?zhàn)友靥祭w維縱向反復(fù)輥軋，使得面層膠粘劑充分浸透碳纖維布，同時(shí)去除氣泡保證粘貼密實(shí)。粘貼多層碳纖維布時(shí)應(yīng)待上層碳纖維布的面層膠粘劑指觸干燥后方可進(jìn)行下一層的粘貼，并重復(fù)上述步驟。最后頂層的碳纖維布表面仍然需要均勻涂刷一道面層膠粘劑，形成保護(hù)層。

（6）質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收

①在施工前應(yīng)確認(rèn)所采用加固材料的產(chǎn)品合格證、檢驗(yàn)報(bào)告，各項(xiàng)性能指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足要求。對(duì)重點(diǎn)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固施工時(shí)，應(yīng)對(duì)碳纖維布和配套膠粘劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證取樣檢驗(yàn)，合格后方可使用。

②每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，并做好相關(guān)的驗(yàn)收記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)立即返工。下涂刷和上涂刷的膠粘劑浸入碳纖維布中充分。碳纖維布與基層及層間粘貼密實(shí)。

③對(duì)于直徑在10mm 以上、30mm 以下的空鼓，每平方米少于10個(gè)可認(rèn)為合格；若每平方米在10個(gè)以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。對(duì)于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)為不合格，需進(jìn)行補(bǔ)修。對(duì)出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)的現(xiàn)象，應(yīng)采用針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)修。順纖維方向搭接長(zhǎng)度不小于20cm，各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯(cuò)開(kāi)至少50cm。

④碳纖維材料規(guī)格，粘貼位置、長(zhǎng)度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS146:2003(2007版)》的規(guī)定。

（7）表面防護(hù)

當(dāng)需要對(duì)碳纖維布加固層作表面防護(hù)時(shí)，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行處理，并保證防護(hù)材料與碳纖維布加固層之間有可靠的粘接。當(dāng)需采用抹水泥砂漿做防護(hù)時(shí)，應(yīng)在驗(yàn)收后作粘砂、拉毛處理。

6 主要機(jī)具設(shè)備及勞動(dòng)力組織

表1 主要機(jī)具設(shè)備表

表2 勞動(dòng)力組織一覽表

7 質(zhì)量控制措施

本工法施工執(zhí)行《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS146:2003(2007 版)》的規(guī)定。施工中采用以下質(zhì)量控制措施：

（1）對(duì)進(jìn)場(chǎng)工人進(jìn)行集中施工技術(shù)培訓(xùn)和質(zhì)量樣板交底，優(yōu)先選用有同類(lèi)施工經(jīng)驗(yàn)的工人。嚴(yán)格技術(shù)交底制度、“三檢”制度，做好質(zhì)量檢查驗(yàn)收記錄。

（2）強(qiáng)化材料驗(yàn)收和見(jiàn)證取樣檢測(cè)制度，確保原材料的質(zhì)量。

（3）基層打磨時(shí)的粉塵使用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行清除，嚴(yán)禁使用水沖洗。

（4）嚴(yán)格按照材料適用溫度來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)間段和施工溫度。

（5）嚴(yán)格按照碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)施工工藝流程進(jìn)行施工，嚴(yán)格執(zhí)行樣板制度。

8 安全環(huán)保措施

（1）施工人員必須穿工作服，佩戴安全帽，佩戴口罩和手套；與施工配套的腳手架必須經(jīng)過(guò)檢查驗(yàn)收，以保證安全性；高空作業(yè)時(shí)須佩戴安全帶；施工現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙。

（2）碳纖維布為導(dǎo)電材料，施工碳纖維布時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電器設(shè)備和電源，否則必須采用安全可靠的防護(hù)措施。碳纖維布與配套的膠粘劑原料須密封存放，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射。配套膠粘劑的配制和使用場(chǎng)所保持良好的通風(fēng)。

9 效益分析

采用本工法施工能夠有效的控制好施工工期，且不影響其他工種的施工，農(nóng)十二師五一農(nóng)場(chǎng)職工住宅19#樓樓底板碳纖維加固工程，碳纖維布粘貼面積3900m2，施工工期50 天，工程造價(jià)115 萬(wàn)元。如采用傳統(tǒng)的加固方法工期將達(dá)到95 天，造價(jià)達(dá)到196萬(wàn)元。采用碳纖維布粘貼加固法，工期節(jié)約47%，工程造價(jià)降低41.5%。

10 工程實(shí)例

農(nóng)十二師五一農(nóng)場(chǎng)職工住宅19#樓樓底板碳纖維加固工程位于兵團(tuán)第十二師五一農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部，平面形式為矩形，地上六層（地下一層），磚混結(jié)構(gòu)，總建筑面積4974.35m2。交付使用后，部分住戶(hù)反映房屋頂板有裂縫現(xiàn)象、客廳頂板有變形下?lián)犀F(xiàn)象，為確保該工程主體結(jié)構(gòu)安全，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)加固由新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心設(shè)計(jì)，對(duì)局部的有裂縫梁板進(jìn)行碳纖維布加固。加固材料采用規(guī)格300g/m2碳纖維片、厚度大于0.11mm、采用改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑，其安全性能必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS146:2003(2007版)》的規(guī)定。

新疆天恒基建筑工程有限公司于2016年6月10日開(kāi)始施工，所用材料由天津耐特碳纖維制品有限公司的固牌單向碳纖維片及碳纖維膠粘劑，同年7月26 日施工完畢。施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)定要求，順利通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收。