淺談碳纖維片材加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)施工

陳 維，史 捷，李 陽(yáng)，胡申林

(成都市第一建筑工程公司，四川成都610017)

1 施工特點(diǎn)

(1)在使用上，碳纖維片材具有優(yōu)異的抗拉強(qiáng)度和彈性模量。

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

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

(4)在施工安全、環(huán)保上，沒(méi)有濕作業(yè)，施工占用場(chǎng)地少，不帶電作業(yè)。

2 工藝原理

(1)采用粘貼碳纖維片材加固混凝土?xí)r，應(yīng)通過(guò)配套的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑(底膠、修補(bǔ)膠、結(jié)構(gòu)膠粘劑)將碳纖維片材粘貼于結(jié)構(gòu)表面，使碳纖維片材承受拉力，并與原混凝土變形協(xié)調(diào)、共同受力。

(2)采用粘貼碳纖維片材加固混凝土前，應(yīng)由專業(yè)的設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，取得原設(shè)計(jì)單位認(rèn)可，并由專業(yè)施工隊(duì)伍施工完成。

(3)碳纖維片材可采用下列方式對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固。

①在梁、板構(gòu)件的受拉區(qū)粘貼碳纖維片材進(jìn)行受彎加固，纖維方向應(yīng)與加固部位的受拉方向一致。

②采用環(huán)形箍或U形箍對(duì)梁、柱構(gòu)件進(jìn)行受剪加固，纖維方向宜與構(gòu)件軸向垂直。

③采用環(huán)向圍束粘貼對(duì)柱進(jìn)行抗震加固，纖維方向應(yīng)與柱軸向垂直。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 加固設(shè)計(jì)

(1)加固設(shè)計(jì)應(yīng)由專業(yè)的結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計(jì)，并加蓋注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師章，同時(shí)加固設(shè)計(jì)還需取得原設(shè)計(jì)單位認(rèn)可。

(2)加固設(shè)計(jì)還必須有完整的加固設(shè)計(jì)施工圖紙。

3.2.2 施工準(zhǔn)備

(1)依據(jù)加固設(shè)計(jì)圖紙對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底；

(2)施工進(jìn)度計(jì)劃、勞動(dòng)力計(jì)劃、所需材料計(jì)劃已落實(shí)；

(3)操作部位操作架已搭設(shè)；

(4)按設(shè)計(jì)要求卸載(活荷載)；

(5)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布(片)。

3.2.3 進(jìn)入施工流程階段

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

圖2 構(gòu)件截面棱角的圓化打磨

(2)按產(chǎn)品說(shuō)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(dòng)攪拌機(jī)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(chǎn)品使用要求的時(shí)間內(nèi)用完。在底膠表面指觸干燥時(shí)，立即進(jìn)入下道工序。

(3)對(duì)混凝土表面出現(xiàn)的麻面、孔洞等凹陷部位用修補(bǔ)膠填補(bǔ)平整，待固化干燥后立即進(jìn)入下道工序。

(4)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhǎng)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(yīng)滿足(圖3、圖4、圖5)構(gòu)造要求；

圖3 結(jié)構(gòu)板受彎加固粘貼錨固構(gòu)造

圖4 結(jié)構(gòu)梁受彎加固構(gòu)造

圖5 結(jié)構(gòu)梁受剪加固構(gòu)造

④應(yīng)在最后一層碳纖維布(片)的表面均勻涂抹結(jié)構(gòu)膠粘劑保護(hù)層；

(5)表面防護(hù)：對(duì)已加固完畢的結(jié)構(gòu)表面應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理，防護(hù)材料的粘結(jié)性能應(yīng)與碳纖維片材表面涂刷的膠粘劑相容，并能可靠粘結(jié)。

3.3 施工質(zhì)量的檢驗(yàn)

(1)原材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)有產(chǎn)品合格證，產(chǎn)品質(zhì)量出廠檢驗(yàn)報(bào)告，并對(duì)原材料的安全性能進(jìn)行見(jiàn)證取樣復(fù)驗(yàn)；

(2)碳纖維片材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量主要是檢查空鼓情況和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法及合格評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

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(jié)面積不應(yīng)低于95%；

②現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法采用碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)定儀現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)定；

③合格評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)為檢驗(yàn)批檢驗(yàn)全部合格。

4 質(zhì)量控制

4.1 施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

施工質(zhì)量控制滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50367-2006，《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 146：2003(2007版)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

4.2 關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序的質(zhì)量要求

(1)認(rèn)真理解設(shè)計(jì)意圖，施工前作好詳細(xì)的技術(shù)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(shí)滾筒滾壓不得損傷纖維片材；

(4)做表面防護(hù)時(shí)也應(yīng)注意對(duì)碳纖維片材的保護(hù)；

(5)取得現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)及合格評(píng)定的報(bào)告。

5 安全措施

(1)碳纖維片材為導(dǎo)電材料，施工碳纖維片材時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備和電源。

(2)碳纖維片材配套膠粘劑的原料應(yīng)密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，避免陽(yáng)光直接照射。

(3)施工搭設(shè)的操作架應(yīng)牢固可靠，高空作業(yè)人員應(yīng)拴好安全帶。

6 應(yīng)用實(shí)例

6.1 工程概況

工程名稱：某綜合樓碳纖維加固工程

建設(shè)地點(diǎn)：成都市

該分項(xiàng)施工工期：30個(gè)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(xiàn)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，經(jīng)科研機(jī)構(gòu)鑒定和加固設(shè)計(jì)，確定采取碳纖維結(jié)構(gòu)加固的方案。

6.2 施工情況

依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加固圖紙編制專項(xiàng)施工方案并進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，在施工中嚴(yán)格按照本施工方法確定的施工工藝流程及操作要點(diǎn)逐一實(shí)施，特別是舊混凝土打磨工序、結(jié)構(gòu)膠粘接劑調(diào)配等，嚴(yán)格把關(guān)，使碳纖維布與混凝土基層粘貼牢固(經(jīng)試驗(yàn)粘貼層未破壞)共同受力，最后用水泥砂漿封閉保護(hù)并涂刷乳膠漆罩面，達(dá)到不影響外觀的效果。

6.3 應(yīng)用效果

通過(guò)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(jié)構(gòu)受力加強(qiáng)，在較短時(shí)間內(nèi)使綜合樓恢復(fù)正常工作，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。