碳纖維網格在某高跨車間屋面梁板修復工程中的應用

梁富文

（廣東省建科建筑設計院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

碳纖維加固材料具有強度高、效果好、施工方便、使用范圍廣、經濟效益明顯等特點，廣泛應用于各類加固改造項目，是目前國內運用最廣、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，碳纖維加固技術操作較為便捷、對原結構的破壞較小，且加固效果較好，基本可以滿足待修復混凝土構件受彎、受剪、受壓能力的補強需求[2]。同時，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、施工環境簡單、結構受力簡單的加固修復項目。

隨著碳纖維加固材料以及加固技術的發展，新的加固方法不斷涌現，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，而是做成網格，通過人工涂抹或者噴射聚合物砂漿，在待加固結構表面形成高性能的復合加固層[4]。這種碳纖維網格加固方法，適用于復雜、自由形式的幾何表面，可以很好地限制結構裂縫的擴展，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高跨車間屋面梁板修復項目為例，簡述碳纖維網格加固方法在本項目設計、施工過程中的應用情況。

1 工程概況

中船黃埔文沖船舶有限公司長洲廠區高跨車間為一棟單層排架廠房，屋面采用預制混凝土梁板結構，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。

根據現場踏勘情況以及鑒定單位提供的報告得知，本工程主要存在的混凝土病害有屋面梁板存在保護層發霉脫落、鋼筋銹蝕、多處漏筋，屋面鋼梁結構存有銹蝕等情況，詳見圖1。

經我司深入的討論，屋面梁板是由于原天面板混凝土保護層厚度不滿足規范要求，車間周邊環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致鋼筋出現銹蝕。另外，由于屋面板防水面層日久失修、失效導致混凝土板長期受到雨水侵蝕，鋼筋銹蝕加劇銹漲，迫使混凝土保護層剝落。屋面鋼梁結構因缺乏日常耐久性維護等原因造成。

圖1 屋面梁板現狀

根據以上的病害情況分析得出，混凝土樓板在結構安全性、耐久性方面均存在不同程度的問題。為保證混凝土梁板結構的安全性、耐久性，并恢復混凝土梁板結構各部件的原有功能，滿足混凝土梁板結構的技術標準要求，應立即對混凝土梁板結構進行維修加固，防止病害進一步加重，否則混凝土梁板結構的結構安全、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，對銹蝕的鋼筋進行除銹處理，然后再在鋼筋上涂刷防銹漆，最后用碳纖維網格噴射砂漿加固系統進行加固。

2 碳纖維網格加固方案

2.1 碳纖維網格加固法優點

相較于普通的碳纖維加固方法，碳纖維網格加固法的優點主要在于：

（1）加固強度高，其加固效果大致相當于φ6mm@150mm的鋼筋網片。

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

（3）對結構約束能力強，從而具備極好的控制裂縫擴展的能力。

（4）砂漿中的活性成分保證了碳纖維網格與混凝土之間的粘結強度，而噴射砂漿保證了碳纖維網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，適用于廠房中屋面梁板這類直接與雨水接觸部分的修復。

（6）施工鋪設方便、易開展，適用于廠房結構這種建筑面積大，結構受力簡單的結構。

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

2.2 碳纖維網格相關參數

本項目采用的碳纖維網格相關物理力學性能參數見表1。

表1 碳纖維網格相關參數

2.3 碳纖維網格施工工藝

碳纖維網格通過與濕法聚合物砂漿的配合使用，能在實現對結構的加固修復作用，碳纖維網格加固法剖面大樣詳見圖2。

圖2 碳纖維網格加固法剖面大樣

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、水泥漿和養護化合物從混凝土、砂漿和石頭上除去，并露出粗糙的混凝土結構的表面。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，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

在粗糙的結構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 碳纖維網格的裁剪和鋪設

施工完第一層的聚合物砂漿后，按尺寸對碳纖維網格進行裁剪；在第一層聚合物砂漿表面攤鋪碳纖維網格，碳纖維網格的碳纖維絲方向需按照設計要求的方向進行布置，碳纖維網格橫向和縱向搭接寬度為20cm；碳纖維網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，開始時即對其進行固定，以避免滑移；確保攤鋪完成后，整個碳纖維網格表面的平整度。項目屋面梁鋪設碳纖維網格后效果詳見圖3。

圖3 屋面梁鋪設碳纖維網格后

2.3.5 噴射第二層聚合物砂漿

網格鋪設完畢后，在第一層砂漿未固化前，即可進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，無網格纖維外漏及整個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行施工。如果第二層砂漿未能在當天施工，第一層砂漿需用掃把進行粗糙化處理，直到骨料可見。施工完畢后，可用泥鏟或刮刀進行表面處理，保證表面平整、外觀良好。

2.3.6 砂漿的養護和表面處理

施工完畢后，進行養護，養護7d后，即可進行表面的外裝修或涂裝處理。

3 結語

碳纖維加固法是一種常見的結構加固方法，具有施工便捷、簡單易操作以及對結構本身影響小的特點。然而，碳纖維網格加固法，不但繼承了原碳纖維材料以片、筋等形式用于結構加固中的優點，更在其力學性能、施工規范化、經濟效益等方面有很大提升。因此，對碳纖維網格加固法及其配套高強聚合物砂漿的研究與推行，是未來結構加固行業重要的發展方向之一。