碳纖維布（CFS）加固混凝土結構工法應用

杜中華

（新疆天恒基建筑工程有限公司 烏魯木齊 830000）

1 前言

自從改革開放以來隨著社會的不斷發展，鋼筋混凝土結構成為我國工業與民用建筑工程中主體結構材料最為常見的一種，所占體量極大。于是，混凝土結構的加固補強形式的選擇就成為建筑工程維護中的關鍵技術、重要環節。在具體的實踐過程中發現新型加固法中的碳纖維復合材料（碳纖維布或板）加固技術具有明顯綜合優勢，如對結構截面尺寸和建筑凈空尺寸影響較小、不會破壞原有結構、幾乎不增加自身結構自重、耐腐蝕性強、施工工藝簡單便捷且周期短，非常適用于鋼筋混凝土結構的加固。

因此，碳纖維布（CFS）加固技術符合“方案可行、技術先進、經濟合理”的原則，并在建筑工程領域內得到廣泛的應用。

2 適用范圍及要求

碳纖維布（CFS）加固修補結構技術適用于工業與民用建筑工程、市政公用工程、道路橋梁工程、公路鐵路等交通工程中的建筑結構部位以及各種構筑物中的鋼筋混凝土構件的補強加固；在對受彎構件和受剪構件加固時，實際混凝土強度等級不應低于C15；在對受壓構件采用封閉粘貼碳纖維布加固時，實際混凝土強度等級不應低于C10。

3 工藝原理

碳纖維布加固修補結構技術的是利用膠粘劑把碳纖維布粘貼在混凝土受損部位，使之與混凝土基體合為一體，確保了碳纖維布（整體碳纖維絲）與混凝土結構中的鋼筋共同作用，充分地利用了碳纖維布的良好抗拉強度來達到加固補強受損構件的承載能力和使用功能的目的，以此來提高混凝土構件的承載力，從而減少混凝土構件的變形量和控制裂縫擴展的一種補強加固方法。

4 施工工藝流程

卸除荷載→定位與放線→基層處理→涂刷底膠→找平處理→粘貼碳纖維布→表面防護

5 施工技術要點

（1）施工技術準備

①組織施工技術人員參加設計交底，認真做好圖紙會審，充分理解設計意圖和要求。制定可行性的施工方案和施工進度計劃。

②掌握所用的碳纖維布、配套碳纖維膠粘劑使用說明和方法。

（2）卸除荷載

①工前應對所補強加固的構件盡可能卸除荷載。

②對建筑工程中的梁與板采取逐層加固的方法，以保證構件始終處于自由受力狀態下進行補強加固施工。

（3）定位與放線

依據施工圖紙對粘貼碳纖維布位置進行定位、放線。

（4）基層處理

①用小錘、鏨子等工具清除需要補強加固構件混凝土表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分，直至混凝土結構密實部位，洗刷干凈、清理干燥后，用專用底層材料和找平材料分層填補密實平整。標識標明裂縫部位，并按設計要求對需要裂縫進行灌縫、封閉處理，設計無要求時用環氧樹脂對裂縫進行灌縫封閉處理。

②混凝土表面用電動磨光機、磨平機對其表面進行打磨清理，除去表面浮漿、浮灰、油污等雜質，直至完全露出潔凈平整密實的混凝土結構面。對梁、柱等轉角粘貼處打磨成半徑不小于20mm 的圓弧角。補強加固構件混凝土表面應清理干凈并保持干燥。

③配制、涂刷底層膠粘劑：按照產品使用說明書載明的比例將主劑與固化劑的混合來配制底層膠粘劑。主劑與固化劑應分別放置于清潔的容器中；應根據現場實際環境溫度和使用數量確定底層膠粘劑的每次拌合量，一次拌合量應在產品使用說明書規定的時間內使用完成。采用專用刷將底層膠粘劑均勻涂刷于混凝土表面。在底層膠粘劑指觸干燥（樹脂表面達到固化硬結）后，盡快進行下道工序的施工。

④找平處理：按產品使用說明書的工藝規定配制找平材料。對混凝土表面凹陷部位使用找平材料填補平整，不得有棱角；梁、柱等轉角處用找平材料修理成半徑不小于20mm 的光滑圓弧。在找平材料表面指觸干燥后才能進行下道工序的施工。

（5）粘貼碳纖維布

①按照施工圖紙中要求的設計尺寸和層數，由專人裁剪碳纖維布，并進行分類、編號。

②配制、涂刷面層膠粘劑：根據現場實際環境溫度和使用數量確定面層膠粘劑的每次拌合量，并按要求嚴格控制使用時間。具體操作步驟及要求與配制底層膠粘劑相同。采用專用刷將面層膠粘劑均勻地涂刷在待粘貼的部位，在碳纖維布搭接、構件轉角等部位要多涂刷一遍。

③粘貼碳纖維布時必須使用特制輥子沿碳纖維縱向反復輥軋，使得面層膠粘劑充分浸透碳纖維布，同時去除氣泡保證粘貼密實。粘貼多層碳纖維布時應待上層碳纖維布的面層膠粘劑指觸干燥后方可進行下一層的粘貼，并重復上述步驟。最后頂層的碳纖維布表面仍然需要均勻涂刷一道面層膠粘劑，形成保護層。

（6）質量檢驗與驗收

①在施工前應確認所采用加固材料的產品合格證、檢驗報告，各項性能指標應滿足要求。對重點結構的補強加固施工時，應對碳纖維布和配套膠粘劑進行現場見證取樣檢驗，合格后方可使用。

②每一道工序結束后均應按工藝要求進行檢查，并做好相關的驗收記錄，如出現質量問題，應立即返工。下涂刷和上涂刷的膠粘劑浸入碳纖維布中充分。碳纖維布與基層及層間粘貼密實。

③對于直徑在10mm 以上、30mm 以下的空鼓，每平方米少于10個可認為合格；若每平方米在10個以上，則認為不合格，需進行補修。對于直徑在30mm以上的空鼓，只要出現，即認為不合格，需進行補修。對出現空鼓等粘貼不密實的現象，應采用針管注膠的方法進行補修。順纖維方向搭接長度不小于20cm，各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯開至少50cm。

④碳纖維材料規格，粘貼位置、長度、寬度、纖維方向、層數符合《混凝土結構加固設計規范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程CECS146:2003(2007版)》的規定。

（7）表面防護

當需要對碳纖維布加固層作表面防護時，應按有關標準的規定進行處理，并保證防護材料與碳纖維布加固層之間有可靠的粘接。當需采用抹水泥砂漿做防護時，應在驗收后作粘砂、拉毛處理。

6 主要機具設備及勞動力組織

表1 主要機具設備表

表2 勞動力組織一覽表

7 質量控制措施

本工法施工執行《混凝土結構加固設計規范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程CECS146:2003(2007 版)》的規定。施工中采用以下質量控制措施：

（1）對進場工人進行集中施工技術培訓和質量樣板交底，優先選用有同類施工經驗的工人。嚴格技術交底制度、“三檢”制度，做好質量檢查驗收記錄。

（2）強化材料驗收和見證取樣檢測制度，確保原材料的質量。

（3）基層打磨時的粉塵使用吹風機進行清除，嚴禁使用水沖洗。

（4）嚴格按照材料適用溫度來控制現場施工時間段和施工溫度。

（5）嚴格按照碳纖維布加固修補結構技術施工工藝流程進行施工，嚴格執行樣板制度。

8 安全環保措施

（1）施工人員必須穿工作服，佩戴安全帽，佩戴口罩和手套；與施工配套的腳手架必須經過檢查驗收，以保證安全性；高空作業時須佩戴安全帶；施工現場禁止吸煙。

（2）碳纖維布為導電材料，施工碳纖維布時應遠離電器設備和電源，否則必須采用安全可靠的防護措施。碳纖維布與配套的膠粘劑原料須密封存放，遠離火源，避免陽光直接照射。配套膠粘劑的配制和使用場所保持良好的通風。

9 效益分析

采用本工法施工能夠有效的控制好施工工期，且不影響其他工種的施工，農十二師五一農場職工住宅19#樓樓底板碳纖維加固工程，碳纖維布粘貼面積3900m2，施工工期50 天，工程造價115 萬元。如采用傳統的加固方法工期將達到95 天，造價達到196萬元。采用碳纖維布粘貼加固法，工期節約47%，工程造價降低41.5%。

10 工程實例

農十二師五一農場職工住宅19#樓樓底板碳纖維加固工程位于兵團第十二師五一農場場部，平面形式為矩形，地上六層（地下一層），磚混結構，總建筑面積4974.35m2。交付使用后，部分住戶反映房屋頂板有裂縫現象、客廳頂板有變形下撓現象，為確保該工程主體結構安全，必須進行結構加固設計。結構加固由新疆生產建設兵團建設工程質量檢測中心設計，對局部的有裂縫梁板進行碳纖維布加固。加固材料采用規格300g/m2碳纖維片、厚度大于0.11mm、采用改性環氧樹脂膠粘劑，其安全性能必須符合《混凝土結構加固設計規范GB50367-2013》及《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程CECS146:2003(2007版)》的規定。

新疆天恒基建筑工程有限公司于2016年6月10日開始施工，所用材料由天津耐特碳纖維制品有限公司的固牌單向碳纖維片及碳纖維膠粘劑，同年7月26 日施工完畢。施工質量符合設計及相關規定要求，順利通過質量驗收。