馬 峰 長(zhǎng)春市長(zhǎng)發(fā)置業(yè)有限公司

1 前言

碳纖維加固技術(shù)屬于新型加固修補(bǔ)技術(shù)，主要是是指通過(guò)優(yōu)化與改進(jìn)環(huán)氧樹(shù)指類(lèi)型膠結(jié)材料，將碳纖維片粘貼于混凝土表面，從而提升建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)加固與補(bǔ)強(qiáng)的做法。此技術(shù)使用的是具備高耐水性的無(wú)機(jī)高分子纖維，化學(xué)腐蝕抵御性能良好，適用于樓面荷載增大、承載力不足的樓宇等建筑的加固施工中。目前，國(guó)際上此技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，我國(guó)也陸續(xù)引入此技術(shù)并逐步應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)加固施工當(dāng)中，從以往的施工成效來(lái)看，碳纖維加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、加固效果顯著。因此，值得對(duì)碳纖維加固技術(shù)展開(kāi)探討研究，從而確保建筑加固工程中此技術(shù)應(yīng)用成效能夠得到最大化發(fā)揮。

2 碳纖維材料

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具備補(bǔ)強(qiáng)與加固功能，具有高強(qiáng)度與強(qiáng)彈性，可單排成束，經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂浸漬制作而成的碳纖維板或未經(jīng)浸漬的碳纖維布均屬于碳纖維片材。將此片材貼粘于建筑結(jié)構(gòu)表面，能夠增強(qiáng)此結(jié)構(gòu)件的抗剪能力以及抗彎性能，可提高工程項(xiàng)目質(zhì)量，工程壽命得到延長(zhǎng)。碳纖維片材具備高達(dá)2400MPa～3400MPa 的拉抻強(qiáng)度，比普通碳素鋼板的拉伸強(qiáng)度更大，利于提升建筑工程結(jié)構(gòu)的承載能力。片材碳纖維片有超高等、高等、中等三種模量等級(jí)，碳纖維片具備重量輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)、不易受化學(xué)物質(zhì)影響、抗熱及抗寒性能良好等諸多優(yōu)點(diǎn)?；炷两Y(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)時(shí)所應(yīng)用的配套樹(shù)脂系統(tǒng)，可增強(qiáng)粘結(jié)底層涂料應(yīng)用效果，能夠有效填充混凝土表面的孔隙。

3 碳纖維加固技術(shù)的適用范圍

碳纖維加固技術(shù)可應(yīng)用于多種類(lèi)型建筑、不同結(jié)構(gòu)位置的加同修補(bǔ)施工中，既能應(yīng)用于梁柱、屋架、筒體等結(jié)構(gòu)，也適用于橋墩及橋梁的加固。具體可應(yīng)用于砌體抗震加固、既有鋼筋混凝土加固、構(gòu)件抗彎或抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、樓面荷載增大及樓宇增層加固，也可用于承載力加固以及樓板開(kāi)裂、樓面荷載增大、剪力墻開(kāi)洞等加固施工，此外，公路橋墩加固、橋梁斷裂加固以及舊橋或水塔加固等均可應(yīng)用此方法。

4 碳纖維加固的技術(shù)方式及應(yīng)用要求

4.1 加固方式

梁板構(gòu)件受拉區(qū)的受彎加固中可應(yīng)用粘貼碳纖維片加固方式，要確保纖維方向與加固處的受拉方向保持一致。柱構(gòu)件的受剪加固可應(yīng)用三種碳纖維片材粘貼方法：一是封閉式粘貼；二是U形粘貼；三是側(cè)面粘貼。加固時(shí)應(yīng)確保纖維方向始終垂直于構(gòu)件軸向?？拐鸺庸讨?，主要采用封閉式加固方法，且纖維方向應(yīng)垂直于柱軸?；炷两Y(jié)構(gòu)加固時(shí)，也應(yīng)選用粘貼碳纖維片材的方式。

4.2 碳纖維片材的應(yīng)用要求

4.2.1 應(yīng)力及抗拉強(qiáng)度要求

混凝土加固時(shí)應(yīng)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合概率理論，利用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法計(jì)算與驗(yàn)算承載極限狀態(tài)，通過(guò)檢測(cè)鋼筋及混凝土材料強(qiáng)度，結(jié)合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)確定材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)，以構(gòu)件極限狀態(tài)下的應(yīng)變力大小，結(jié)合彈性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定碳纖維片材的應(yīng)力，選用極限抗拉強(qiáng)度高于95%的碳纖維片材。

4.2.2 荷載及混凝土強(qiáng)度等級(jí)要求

結(jié)構(gòu)或構(gòu)件加固時(shí)如采用粘貼碳纖維片材加固法，應(yīng)考慮加固對(duì)其他構(gòu)件的影響，且結(jié)構(gòu)加固時(shí)應(yīng)將結(jié)構(gòu)上的活荷載卸除，若無(wú)法完全卸載則應(yīng)考慮二次受力影響。受彎及受剪加固時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)高于C15，混凝土柱加固時(shí)若采用封閉粘貼碳纖維片材方式，應(yīng)確?；炷翉?qiáng)度高于C10。

5 建筑加固工程中碳纖維加固技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例分析

5.1 工程概況

長(zhǎng)春拖拉機(jī)廠工業(yè)遺址改造項(xiàng)目屬于文物修繕加固工程，此建筑建設(shè)年代久遠(yuǎn)，老化較為嚴(yán)重，為恢復(fù)建筑原貌，確保建筑特征彰顯，需要在設(shè)計(jì)意圖明確的基礎(chǔ)上運(yùn)用傳統(tǒng)材料、工藝及做法施工。本項(xiàng)目一期工程中的2 號(hào)及3 號(hào)廠房需要做內(nèi)外部修繕改造，總修繕面積為57979.11m2，由于本工程屬于EPC 項(xiàng)目，加之工程期限較短，屋面加固及3 號(hào)廠房室內(nèi)新增建筑施工中需要交叉作業(yè)，因而施工難度較高。

5.2 施工方案介紹

本工程劃分為多個(gè)施工階段，為保證工程進(jìn)度，2號(hào)及3號(hào)廠房應(yīng)同步施工，且將施工分為屋面加固、屋面支撐、屋面拆除以及安裝等多個(gè)施工階段。屋面加固施工中，首先應(yīng)鑿除失效混凝土，清除混凝土表面碎屑并采用人工除銹方式處理鋼筋，而后制作與安裝模板，利用CGM灌漿料加固混凝土梁，養(yǎng)護(hù)之后應(yīng)用碳纖維加固技術(shù)實(shí)施屋面加固，利用粘貼法進(jìn)一步加固屋面，從而為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。

5.3 粘貼碳纖維加固技術(shù)實(shí)施過(guò)程

5.3.1 定位放線

碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用前應(yīng)詳細(xì)分析施工設(shè)計(jì)圖，了解需加固的范圍及具體位置，而后在構(gòu)件之上做彈線處理，標(biāo)明粘貼位置處的輪廓線，粘貼位置外圍要留出20mm以上的加寬打磨區(qū)。

5.3.2 基層處理

（1）劣質(zhì)砼鑿除與修復(fù)。全面清除待加固表面已剝落或被腐蝕的劣質(zhì)混凝土，使混凝土結(jié)構(gòu)層裸露，而后利用修復(fù)材料修平混凝土表面。根據(jù)設(shè)計(jì)要求灌漿或封閉處理混凝土表面之上的裂縫。

（2）打磨與平整。劣質(zhì)混凝土全部清除后，將需粘貼碳纖維材料的區(qū)域打磨平整，將附著于其上的浮漿或油污全部清除，使混凝土結(jié)構(gòu)表面完全露出，將其表面平整度應(yīng)控制在mm/m 之內(nèi)。需粘貼的轉(zhuǎn)角處要做導(dǎo)角處理，將之打磨成為圓弧狀，但圓弧半徑不可超過(guò)20mm。

（3）表面清理與干燥。利用強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)吹除混凝土表面上的殘?jiān)?，并利用丙酮清潔表面，確保混凝土表面處于干燥狀態(tài)。若混凝土表面含水率高于4%，或是環(huán)境溫度低于5℃，需要通過(guò)有效措施處理以降低混凝土含水率或提高環(huán)境溫度，待混凝土表面溫度、干燥度符合規(guī)定要求后才可粘貼碳纖維布。

5.3.3 裁剪下料

根據(jù)設(shè)計(jì)要求尺寸、結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況裁剪碳纖維布，碳纖維布裁剪后的寬度應(yīng)盡量大于150mm。

5.3.4 底層樹(shù)脂配制與涂刷

（1）樹(shù)脂配制。根據(jù)工藝要求配制底層樹(shù)脂，應(yīng)安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)配膠作業(yè)，利用低速攪拌器調(diào)膠，或是采用人工攪拌方法，應(yīng)確保攪拌均勻，不產(chǎn)生氣泡，且要避免灰塵等雜物落入膠內(nèi)而影響樹(shù)脂的質(zhì)量。

（2）樹(shù)脂涂刷。涂膠時(shí)要使用專(zhuān)用滾刷，保證涂抹均勻性，所有待粘混凝土表面均要涂到，不可漏涂，且涂后膠不可流墜。樹(shù)脂應(yīng)隨配隨用，應(yīng)于規(guī)定時(shí)限使用完畢。涂刷后需晾置一段時(shí)間，待樹(shù)脂表面完全干燥后再實(shí)施后續(xù)施工。

5.3.5 找平處理

找平作業(yè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)供應(yīng)商所提供的工藝要求為依據(jù)選用適合的找平材料，確?；炷帘砻娴乃邪枷萏幘惶钇?，不可有凸起或棱角。轉(zhuǎn)角處應(yīng)利用找平材料處理成圓弧形，并保證轉(zhuǎn)角光滑，圓弧半徑一般應(yīng)大于20mm。找平后待材料干燥后方可進(jìn)入下一工序。

5.3.6 碳纖維布材粘貼

（1）擦拭與粘貼。根據(jù)供應(yīng)商提供的工藝要求為依據(jù)配制好粘貼樹(shù)脂，在底層樹(shù)脂表面干燥后遵循均勻性原則涂刷粘貼樹(shù)脂，擦拭干凈碳纖維布材，去除其上附著的粉塵之后再將之粘貼于指定位置。第二層碳纖維布材按照同樣方法進(jìn)行粘貼，并需將底層及上層碳纖維布擦拭干凈，且應(yīng)立即完成碳纖維布的粘貼。

（2）滾壓與浸漬。碳纖維布粘貼后，應(yīng)利用專(zhuān)用滾筒沿纖維方向做滾壓處理，通過(guò)重復(fù)滾壓排除其中的氣泡，以便碳纖維布可被浸漬樹(shù)脂完全浸透。滾壓時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎小心，不可破壞碳纖維布。第二層或第三層粘貼后應(yīng)重復(fù)滾壓，確保上一層表面浸漬樹(shù)脂干燥后再粘貼下一層。表面碳纖維布粘貼后，也要在其表面上涂滿浸漬樹(shù)脂，若需抹灰實(shí)施，則應(yīng)將中砂噴撒于樹(shù)脂表面之上，在樹(shù)脂完全固化后再實(shí)施抹灰施工。

5.3.7 固化養(yǎng)護(hù)

完成碳纖維布粘貼后，應(yīng)固化養(yǎng)護(hù)72h，在此期間要做好碳纖維布保護(hù)，不可觸碰或重壓，以免碳纖維布受到擾動(dòng)而影響其固化效果。

5.4 檢驗(yàn)、驗(yàn)收

5.4.1 材料檢驗(yàn)

檢查碳纖維片材、配套樹(shù)脂粘貼材料的出廠檢驗(yàn)報(bào)告及合格證是否齊全，詳細(xì)比對(duì)材料及其證件批號(hào)是否統(tǒng)一，可現(xiàn)場(chǎng)取樣抽檢進(jìn)場(chǎng)的碳纖維布及膠粘劑，具體檢驗(yàn)指標(biāo)分別見(jiàn)表1及表2所示。

表1 碳纖維材料試驗(yàn)指標(biāo)

根據(jù)表2要求改性配制底涂膠及修補(bǔ)膠時(shí)，應(yīng)以廠家確定的膠體性能及工藝性能為依據(jù)，需保證粘結(jié)力符合規(guī)定要求。仰面或立面粘貼碳纖維布時(shí)，40℃時(shí)粘結(jié)劑的下垂流度不可高于3mm。正拉粘結(jié)檢測(cè)時(shí)，所應(yīng)用的混凝土塊強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)介于C40 與C45 之間。強(qiáng)度等級(jí)為C15 與C20 的混凝土，其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的檢驗(yàn)系數(shù)應(yīng)為1.2，C25 混凝土塊的檢驗(yàn)系數(shù)為1.1，而C25以上的混凝土，檢驗(yàn)系數(shù)則應(yīng)為1.0。粘貼碳纖維織物的混凝土等級(jí)需要高于C20。

表2 粘貼碳纖維粘結(jié)劑基本性能要求

5.4.2 工序檢驗(yàn)

碳纖維布粘貼施工中，應(yīng)根據(jù)規(guī)定要求驗(yàn)收隱蔽工程，針對(duì)各道工序進(jìn)行詳細(xì)檢查，若工序檢驗(yàn)結(jié)果與規(guī)定要求不相符，應(yīng)根據(jù)所出現(xiàn)的問(wèn)題針對(duì)性補(bǔ)救，若粘貼碳纖維布的質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也要酌情處理或重新施工。

（1）定位放線檢驗(yàn)。重點(diǎn)是檢查定位尺寸是否與設(shè)計(jì)圖要求相一致，并且要仔細(xì)核對(duì)定位位置與規(guī)定位置之間是否出現(xiàn)偏差。

（2）基層處理檢驗(yàn)?；炷粱鶎犹幚頇z驗(yàn)時(shí)，要檢查所處理基層是混凝土結(jié)構(gòu)層，不可對(duì)裝修層進(jìn)行處理。混凝土表面平整度應(yīng)為5mm/m。打磨范圍應(yīng)比粘貼位置長(zhǎng)出2cm～2.5cm。打磨程度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是：混凝土表面的浮漿外道層被全部磨掉，且打磨深度應(yīng)介于1mm～2mm之間，確保混凝土表面沒(méi)有松散性或劣質(zhì)性結(jié)構(gòu)存在。要求混凝土表面無(wú)浮灰及油污等雜質(zhì)，并保持在干燥狀態(tài)。陰陽(yáng)角應(yīng)處理成圓弧形，應(yīng)對(duì)圓弧半徑進(jìn)行檢測(cè)，確保其數(shù)值大于20mm。

（3）裁布下料檢驗(yàn)。裁布下料環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)重點(diǎn)是下料尺寸是否符合設(shè)計(jì)圖要求，長(zhǎng)度偏差不可超過(guò)5mm～8mm，且寬度偏差應(yīng)介于2mm～4mm之間。

（4）配膠檢驗(yàn)。配膠檢驗(yàn)時(shí)，要檢測(cè)臺(tái)秤計(jì)量精準(zhǔn)度，并檢查膠配制時(shí)是否根據(jù)膠的品種差異按照說(shuō)明書(shū)分別確定底膠、打平膠以及浸潤(rùn)膠的配比。常溫狀態(tài)下應(yīng)于2h內(nèi)用完膠，若環(huán)境溫度較低，則可延長(zhǎng)膠使用時(shí)間，但也應(yīng)于3h～4h內(nèi)使用完畢。

（5）粘貼工序檢驗(yàn)。粘貼碳纖維布時(shí)，各個(gè)粘貼層之間的時(shí)間預(yù)留控制應(yīng)為檢驗(yàn)重點(diǎn)，每層粘貼后，采用指觸方式檢驗(yàn)碳纖維布是否完全干燥，徹底干透后方可開(kāi)展后續(xù)施工。粘貼過(guò)程中，混凝土表面涂膠要保持均勻，粘貼時(shí)滾壓方向應(yīng)始終為纖維方向，要求粘貼后不出現(xiàn)氣泡，確保纖維布完全浸透，并將空鼓率控制在5%之內(nèi)，單一小塊空鼓面積不可超過(guò)1m2。碳纖維布實(shí)際粘貼面積應(yīng)與設(shè)計(jì)量相符，不可出現(xiàn)10mm 以上的位置偏差。利用小錘敲擊或受壓方法檢測(cè)碳纖維布及混凝土間的粘結(jié)質(zhì)量，有效粘結(jié)率應(yīng)高于95%。

5.4.3 檢驗(yàn)不合格處的修復(fù)

若檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，應(yīng)立即修復(fù)處理。若空鼓面積不大，可利用針孔注射器向其中注射粘貼樹(shù)脂，以消除空鼓現(xiàn)象。若空鼓面積過(guò)大，則需剪下空鼓部分，再裁剪出比裁下部分各邊長(zhǎng)15cm 的碳纖維布，并確保二者縱向方向相同，涂刷粘貼樹(shù)脂后將之粘貼于空鼓修復(fù)處。

6 結(jié)語(yǔ)

碳纖維加固技術(shù)是當(dāng)前建筑構(gòu)件加固處理中的常用方法，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。碳纖維材料具備自重小、操作過(guò)程簡(jiǎn)便、可操作性好的優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)背景下，建筑企業(yè)更加注重于施工的經(jīng)濟(jì)效益及施工的安全性，利用碳纖維加固技術(shù)既能節(jié)約加固施工的時(shí)間、人力及物料成本，也可保障加固施工過(guò)程的安全性，能夠提升建筑結(jié)構(gòu)加固處理質(zhì)量，可為建筑使用者的健康及財(cái)產(chǎn)保障提供有力支持。