淺談碳纖維片材加固修補混凝土結構施工

陳 維，史 捷，李 陽，胡申林

(成都市第一建筑工程公司，四川成都610017)

1 施工特點

(1)在使用上，碳纖維片材具有優異的抗拉強度和彈性模量。

(2)在施工工期上，施工便捷，施工工藝簡單，施工效率高，不需大型機具，僅用少量人工即可完成。

(3)在施工質量上，碳纖維質量輕(小于300 g/m2)，基本上不增加原結構重量和影響結構外觀，施工質量易保證。

(4)在施工安全、環保上，沒有濕作業，施工占用場地少，不帶電作業。

2 工藝原理

(1)采用粘貼碳纖維片材加固混凝土時，應通過配套的改性環氧樹脂膠粘劑(底膠、修補膠、結構膠粘劑)將碳纖維片材粘貼于結構表面，使碳纖維片材承受拉力，并與原混凝土變形協調、共同受力。

(2)采用粘貼碳纖維片材加固混凝土前，應由專業的設計人員進行設計，取得原設計單位認可，并由專業施工隊伍施工完成。

(3)碳纖維片材可采用下列方式對混凝土結構構件進行加固。

①在梁、板構件的受拉區粘貼碳纖維片材進行受彎加固，纖維方向應與加固部位的受拉方向一致。

②采用環形箍或U形箍對梁、柱構件進行受剪加固，纖維方向宜與構件軸向垂直。

③采用環向圍束粘貼對柱進行抗震加固，纖維方向應與柱軸向垂直。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1 加固設計

(1)加固設計應由專業的結構工程師設計，并加蓋注冊結構工程師章，同時加固設計還需取得原設計單位認可。

(2)加固設計還必須有完整的加固設計施工圖紙。

3.2.2 施工準備

(1)依據加固設計圖紙對操作人員進行技術交底；

(2)施工進度計劃、勞動力計劃、所需材料計劃已落實；

(3)操作部位操作架已搭設；

(4)按設計要求卸載(活荷載)；

(5)按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布(片)。

3.2.3 進入施工流程階段

(1)混凝土表面清潔打磨，用電動工具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，使混凝土表面達到平整，同時將構件棱角打磨成弧形(圖2)，并用壓縮空氣除去粉塵。

圖2 構件截面棱角的圓化打磨

(2)按產品說明配制底膠，按主劑與固化劑比例配置于容器中，用手提式電動攪拌機攪拌均勻，然后用滾筒刷將底膠均勻涂抹于混凝土表面，必須是用多少配多少，并按該產品使用要求的時間內用完。在底膠表面指觸干燥時，立即進入下道工序。

(3)對混凝土表面出現的麻面、孔洞等凹陷部位用修補膠填補平整，待固化干燥后立即進入下道工序。

(4)應按下列步驟和要求粘貼碳纖維布(片)。

①采用滾筒刷將配制的結構膠粘劑均勻涂抹于粘貼部位；

②將碳纖維布(片)用手輕壓貼于需粘貼的部位，用滾筒順纖維方向多次滾壓，擠出氣泡；并要求沿纖維方向的搭接長度不小于200 mm，上下層之間的搭接寬度不小于50 mm。

③碳纖維片材的加固還應滿足(圖3、圖4、圖5)構造要求；

圖3 結構板受彎加固粘貼錨固構造

圖4 結構梁受彎加固構造

圖5 結構梁受剪加固構造

④應在最后一層碳纖維布(片)的表面均勻涂抹結構膠粘劑保護層；

(5)表面防護：對已加固完畢的結構表面應進行防護處理，防護材料的粘結性能應與碳纖維片材表面涂刷的膠粘劑相容，并能可靠粘結。

3.3 施工質量的檢驗

(1)原材料進場時，應有產品合格證，產品質量出廠檢驗報告，并對原材料的安全性能進行見證取樣復驗；

(2)碳纖維片材與混凝土之間的粘結質量主要是檢查空鼓情況和現場檢驗方法及合格評定標準。

①空鼓檢查主要采用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法檢查，總有效粘結面積不應低于95%；

②現場檢驗方法采用碳纖維粘結強度測定儀現場取樣測定；

③合格評定標準為檢驗批檢驗全部合格。

4 質量控制

4.1 施工質量控制標準

施工質量控制滿足《混凝土結構加固設計規范》GB 50367-2006，《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》CECS 146：2003(2007版)標準的相關要求。

4.2 關鍵部位、關鍵工序的質量要求

(1)認真理解設計意圖，施工前作好詳細的技術交底；

(2)混凝土表面打磨必須直至完全露出混凝土新面，涂刷底膠均勻，且不得漏刷；

(3)粘貼碳纖維片材時滾筒滾壓不得損傷纖維片材；

(4)做表面防護時也應注意對碳纖維片材的保護；

(5)取得現場檢驗及合格評定的報告。

5 安全措施

(1)碳纖維片材為導電材料，施工碳纖維片材時應遠離電氣設備和電源。

(2)碳纖維片材配套膠粘劑的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射。

(3)施工搭設的操作架應牢固可靠，高空作業人員應拴好安全帶。

6 應用實例

6.1 工程概況

工程名稱：某綜合樓碳纖維加固工程

建設地點：成都市

該分項施工工期：30個日歷天，即施工期為2008年11月～12月

完成粘貼工程量：約200 m2

受四川汶川特大地震的影響，該綜合樓部分梁、板出現結構開裂，經科研機構鑒定和加固設計，確定采取碳纖維結構加固的方案。

6.2 施工情況

依據結構設計加固圖紙編制專項施工方案并進行詳細的技術交底，在施工中嚴格按照本施工方法確定的施工工藝流程及操作要點逐一實施，特別是舊混凝土打磨工序、結構膠粘接劑調配等，嚴格把關，使碳纖維布與混凝土基層粘貼牢固(經試驗粘貼層未破壞)共同受力，最后用水泥砂漿封閉保護并涂刷乳膠漆罩面，達到不影響外觀的效果。

6.3 應用效果

通過碳纖維粘貼加固處理，使建筑原外觀及功能基本不受到影響且結構受力加強，在較短時間內使綜合樓恢復正常工作，取得了良好的社會效益和經濟效益。