梁富文

（廣東省建科建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

碳纖維加固材料具有強(qiáng)度高、效果好、施工方便、使用范圍廣、經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類加固改造項(xiàng)目，是目前國內(nèi)運(yùn)用最廣、研究最成熟的加固材料之一[1]。相較于常見的加大界面加固法，碳纖維加固技術(shù)操作較為便捷、對原結(jié)構(gòu)的破壞較小，且加固效果較好，基本可以滿足待修復(fù)混凝土構(gòu)件受彎、受剪、受壓能力的補(bǔ)強(qiáng)需求[2]。同時(shí)，王嵐指出[3]，碳纖維加固材料尤其適用于老舊廠房這類建筑面積大、施工環(huán)境簡單、結(jié)構(gòu)受力簡單的加固修復(fù)項(xiàng)目。

隨著碳纖維加固材料以及加固技術(shù)的發(fā)展，新的加固方法不斷涌現(xiàn)，比如，碳纖維材料不再做成片材、筋或者型材等單向受力形式，而是做成網(wǎng)格，通過人工涂抹或者噴射聚合物砂漿，在待加固結(jié)構(gòu)表面形成高性能的復(fù)合加固層[4]。這種碳纖維網(wǎng)格加固方法，適用于復(fù)雜、自由形式的幾何表面，可以很好地限制結(jié)構(gòu)裂縫的擴(kuò)展，提高混凝土梁、柱的整體剛度和承載能力[5]。

本文將以中船黃埔文沖船舶有限公司長洲廠區(qū)高跨車間屋面梁板修復(fù)項(xiàng)目為例，簡述碳纖維網(wǎng)格加固方法在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工過程中的應(yīng)用情況。

1 工程概況

中船黃埔文沖船舶有限公司長洲廠區(qū)高跨車間為一棟單層排架廠房，屋面采用預(yù)制混凝土梁板結(jié)構(gòu)，其中高跨部分竣工于1972年，接長段竣工于2004年，建筑面積約為11748m2。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況以及鑒定單位提供的報(bào)告得知，本工程主要存在的混凝土病害有屋面梁板存在保護(hù)層發(fā)霉脫落、鋼筋銹蝕、多處漏筋，屋面鋼梁結(jié)構(gòu)存有銹蝕等情況，詳見圖1。

經(jīng)我司深入的討論，屋面梁板是由于原天面板混凝土保護(hù)層厚度不滿足規(guī)范要求，車間周邊環(huán)境水氣加速屋面板板底混凝土的碳化，降低了混凝土的堿度，鋼筋表面的鈍化膜破壞導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕。另外，由于屋面板防水面層日久失修、失效導(dǎo)致混凝土板長期受到雨水侵蝕，鋼筋銹蝕加劇銹漲，迫使混凝土保護(hù)層剝落。屋面鋼梁結(jié)構(gòu)因缺乏日常耐久性維護(hù)等原因造成。

圖1 屋面梁板現(xiàn)狀

根據(jù)以上的病害情況分析得出，混凝土樓板在結(jié)構(gòu)安全性、耐久性方面均存在不同程度的問題。為保證混凝土梁板結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性，并恢復(fù)混凝土梁板結(jié)構(gòu)各部件的原有功能，滿足混凝土梁板結(jié)構(gòu)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)立即對混凝土梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修加固，防止病害進(jìn)一步加重，否則混凝土梁板結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全、及服役年限得不到保障。

對于由于部分混凝土剝落而造成的鋼筋銹蝕露筋的病害，先鑿除松散的混凝土，對銹蝕的鋼筋進(jìn)行除銹處理，然后再在鋼筋上涂刷防銹漆，最后用碳纖維網(wǎng)格噴射砂漿加固系統(tǒng)進(jìn)行加固。

2 碳纖維網(wǎng)格加固方案

2.1 碳纖維網(wǎng)格加固法優(yōu)點(diǎn)

相較于普通的碳纖維加固方法，碳纖維網(wǎng)格加固法的優(yōu)點(diǎn)主要在于：

（1）加固強(qiáng)度高，其加固效果大致相當(dāng)于φ6mm@150mm的鋼筋網(wǎng)片。

（2）整體加固后，噴射砂漿厚度薄，可以在幾乎不改變結(jié)構(gòu)截面尺寸的前提下提升結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。

（3）對結(jié)構(gòu)約束能力強(qiáng)，從而具備極好的控制裂縫擴(kuò)展的能力。

（4）砂漿中的活性成分保證了碳纖維網(wǎng)格與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，而噴射砂漿保證了碳纖維網(wǎng)格與混凝土的共同作用，加固效果好。

（5）碳纖維為惰性材料，抗腐蝕能力強(qiáng)，適用于廠房中屋面梁板這類直接與雨水接觸部分的修復(fù)。

（6）施工鋪設(shè)方便、易開展，適用于廠房結(jié)構(gòu)這種建筑面積大，結(jié)構(gòu)受力簡單的結(jié)構(gòu)。

（7）防火性能好，1cm砂漿保護(hù)層可達(dá)到建筑材料耐火耐燃測試ISO834中F60的要求。

2.2 碳纖維網(wǎng)格相關(guān)參數(shù)

本項(xiàng)目采用的碳纖維網(wǎng)格相關(guān)物理力學(xué)性能參數(shù)見表1。

表1 碳纖維網(wǎng)格相關(guān)參數(shù)

2.3 碳纖維網(wǎng)格施工工藝

碳纖維網(wǎng)格通過與濕法聚合物砂漿的配合使用，能在實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)作用，碳纖維網(wǎng)格加固法剖面大樣詳見圖2。

圖2 碳纖維網(wǎng)格加固法剖面大樣

具體施工工藝：

2.3.1 表面處理

采用水力磨毛法或人工磨毛的方式將所有污垢、油脂、油污、水泥漿和養(yǎng)護(hù)化合物從混凝土、砂漿和石頭上除去，并露出粗糙的混凝土結(jié)構(gòu)的表面。在施工前一天將基材潤濕至完全浸透，并涂刷界面劑增加新舊界面粘接。施工第一層砂漿時(shí)，基材不許有水膜。

2.3.2 砂漿拌制

按照合適的水灰比將砂漿混合料和水加入到砂漿攪拌器中。使用低速鉆頭和葉板進(jìn)行攪拌。攪拌3~5min，至砂漿混合均勻。在施工流程開始后，不要添加額外的水。

2.3.3 噴射第一層聚合物砂漿

在粗糙的結(jié)構(gòu)表面噴射或人工涂抹第一層的CWSM砂漿，第一層砂漿的厚度為0.5cm，要確保噴射或人工涂抹施工后砂漿的平整度。

2.3.4 碳纖維網(wǎng)格的裁剪和鋪設(shè)

施工完第一層的聚合物砂漿后，按尺寸對碳纖維網(wǎng)格進(jìn)行裁剪；在第一層聚合物砂漿表面攤鋪碳纖維網(wǎng)格，碳纖維網(wǎng)格的碳纖維絲方向需按照設(shè)計(jì)要求的方向進(jìn)行布置，碳纖維網(wǎng)格橫向和縱向搭接寬度為20cm；碳纖維網(wǎng)格需用泥鏟按壓入砂漿層中且需保證加固材料的纖維盡可能的拉緊；對頂部施工，開始時(shí)即對其進(jìn)行固定，以避免滑移；確保攤鋪完成后，整個(gè)碳纖維網(wǎng)格表面的平整度。項(xiàng)目屋面梁鋪設(shè)碳纖維網(wǎng)格后效果詳見圖3。

圖3 屋面梁鋪設(shè)碳纖維網(wǎng)格后

2.3.5 噴射第二層聚合物砂漿

網(wǎng)格鋪設(shè)完畢后，在第一層砂漿未固化前，即可進(jìn)行第二層聚合物砂漿的拌制和噴射或人工涂抹施工，噴射或人工涂抹砂漿的厚度為1.5cm，確保噴射完成后，無網(wǎng)格纖維外漏及整個(gè)混凝土表面的平整度。需保證第一層和第二層砂漿在同一天進(jìn)行施工。如果第二層砂漿未能在當(dāng)天施工，第一層砂漿需用掃把進(jìn)行粗糙化處理，直到骨料可見。施工完畢后，可用泥鏟或刮刀進(jìn)行表面處理，保證表面平整、外觀良好。

2.3.6 砂漿的養(yǎng)護(hù)和表面處理

施工完畢后，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7d后，即可進(jìn)行表面的外裝修或涂裝處理。

3 結(jié)語

碳纖維加固法是一種常見的結(jié)構(gòu)加固方法，具有施工便捷、簡單易操作以及對結(jié)構(gòu)本身影響小的特點(diǎn)。然而，碳纖維網(wǎng)格加固法，不但繼承了原碳纖維材料以片、筋等形式用于結(jié)構(gòu)加固中的優(yōu)點(diǎn)，更在其力學(xué)性能、施工規(guī)范化、經(jīng)濟(jì)效益等方面有很大提升。因此，對碳纖維網(wǎng)格加固法及其配套高強(qiáng)聚合物砂漿的研究與推行，是未來結(jié)構(gòu)加固行業(yè)重要的發(fā)展方向之一。