碳纖維加固技術在房屋建筑加固施工中的應用

鄭喜剛 邢玉姣 張海濤

（1 壽光市建筑業發展中心；2 壽光市市政公用事業服務中心）

近年來，建筑行業發展迅速，但早期建筑物隨著使用年限的不斷增長，其服役階段多次受外力破壞及長時間處在惡劣環境中等問題逐漸暴露，進而出現承載能力不足及耐久性能大幅度降低的質量缺陷，導致建筑物存在較大的安全隱患，對居民的人身安全造成嚴重威脅。為了保障人們的居住安全，提高人們的生活質量，對既有建筑進行安全加固，有效提高建筑物的承載能力，為居民的人身安全提供保障。目前，既有建筑結構安全加固技術較多，比如預應力加固、碳纖維加固等技術，其碳纖維加固技術憑其自身具有施工便捷、自重輕、耐久性優良等優勢，廣泛的應用于建筑結構加固工程中，進而增強建筑結構的承載能力和耐久性能[1]。本文以某砌體工程加固工程為例，探討碳纖維結構加固技術在施工過程中的重難點，并給出施工過程中質量管控措施。

1 工程概況

某房屋建筑加固工程，加固設計使用年限30 年，為砌體結構，地上五層，建筑總面積3586.54m2，建筑總高度為18m，層高3.6m，樓板均采用預制混凝土樓板，抗震設防烈度為7 度，建筑場地類別Ⅱ類，基本風壓為0.65kN/m2，基本雪壓為0.50kN/m2。

2 碳纖維加固技術在房屋建筑加固施工中的應用

2.1工程檢測

本工程現場對砌筑砂漿強度、砌筑塊材性能、結構損傷情況、構造布置情況及抗震性能進行檢測鑒定：第一，砌筑砂漿強度利用貫入法技術對其進行檢測，強度第一至五層分別為5.3MPa、2.6MPa、2.1MPa、2.4MPa 和1.6MPa，則三至五層砂漿強度均不滿足低于MU2.5MPa的要求；第二，砌體塊材性能利用回彈儀進行檢測，所測區域均無麻面等現象，各層墻體塊材強度檢測均為7.6MPa，其符合現行相關規范；第三，建筑結構損傷情況及構造布置情況發現墻體無明顯傾斜、承重梁及墻體均無明顯裂縫、梁柱節點均無出現開裂、露筋的現象，但發現個別梁、柱出現配筋不足的質量缺陷，且部分橫墻與縱墻之間未設置2Ф6 的通長筋；第四，根據現場實際情況發現，該建筑抗震性能不滿足相關規范，其具體要求為建筑抗震設防烈度應達到8 度，橫墻間距不應大于11m，現場檢測發現橫墻間距為15m。因此，根據檢測鑒定結果(見表1)，應對該建筑部分構件采取相應的措施，加強構件的剛度，提高構件的使用壽命，從而提高該建筑的生命周期。

表1 工程檢測結果

2.2工程加固設計

本工程在選取加固方式時，有增大截面面積、碳纖維和外包鋼加固方式可選，其各種加固方法的比較如表2所示。

表2 不同加固技術比較

本加固工程存在工程量較大、施工工期短、交叉作業多等特性，且從表2 可以看出，采用碳纖維加固技術最合適，所選取碳纖維材料的相關性能見表3。此外，該碳纖維布為柔性材料，可以任意形狀應用于構件加固中，且不需要大型設備來輔助施工，常溫下不會出現氧化現象，粘結膠采取某研究院生產的LZ型結構膠。

表3 碳纖維布材料性能

3 碳纖維加固技術施工技術

3.1構件表面處理

本次施工對該建筑梁、柱構件進行外貼碳纖維布的方法，首先，對加固部位進行定位放線，精準定位加固位置，并做好相應標記；然后，對構件表面采取人工機械打磨的方式，清除表面的灰層，并提出表面蜂窩、麻面的質量缺陷，使原混凝土展露在表層，并采用磷酸鎂砂漿修復材料對原混凝土凹凸面進行修整；最后，對混凝土轉角處特殊部位進行導角處理，保證轉角處的光滑，避免對碳纖維布造成破壞。此外，混凝土表面平整后，進行底膠涂刷施工，底膠主要是保障碳纖維布與混凝土表面粘結的可靠性，底膠涂刷時，外界溫度不低于5℃，濕度不大于85%，且遵守現用現配的原則，并超出粘結面積的20mm～30mm，養護1d 后，待其干燥，進行下個環節的施工。

3.2粘貼碳纖維布

本次碳纖維布粘貼施工前，先利用張拉機械對其進行張拉，張拉時對張拉位置進行定位鉆孔，確保鉆孔位置的精準度。根據加固施工圖紙，在完成張拉機械安裝后，應將碳纖維布裁剪為所需形狀，并保證碳纖維布表面平整度，禁止出現彎折現象。然后，將碳纖維布鋪設至固定位置，并保證碳纖維完全處于卸載松弛狀態，之后對其表面進行清理工作，保證碳纖維布表明的整潔程度。最后，對碳纖維布進行結構膠涂刷工作，再利用張拉機械對其進行張拉，同時用滾筒沿著碳纖維布鋪設方向進行壓實，使多余的結構膠溢出。此外，對碳纖維布采用臨時木支撐方式，增強碳纖維布鋪貼的密實度，從而提高碳纖維布的施工效果，達到延緩結構使用周期的目的。

3.3搭接施工

本工程在進行碳纖維布粘結施工過程中，經常出現單層搭接和多層搭接現象。在碳纖維布粘貼出現單層搭接現象時，根據現行相關規范，其搭接長度為10mm，并在碳纖維端部利用橫向碳纖維布的方式加強縱向碳纖維布粘貼的牢固效果；在碳纖維布粘貼出現雙層搭接現象時，重復單層搭接的粘貼方式，并在最后一層的碳纖維布面層刷結構膠，其結構膠厚度在1～2mm 以內，從而提高碳纖維布的粘貼質量。

3.4表面養護

本次碳纖維布粘貼完成后，對其表面進行自然養護5d，且在結構膠的浸透性達到相應規范要求后，撤除張拉機械及定位裝置，并將多余的碳纖維布剪除。此外，在碳纖維布粘貼效果滿足現行相應規范要求后，對碳纖維表面進行防火涂料的涂刷，之后進行混凝土外表面密閉防護處理。

4 施工質量驗收

4.1混凝土界面

本工程相關人員對混凝土界面處理質量進行驗收時，驗收結果發現混凝土表面清理、打磨后的全部進行了糙化處理，局部凹凸面均利用修補材料進行找平，梁、柱的轉角處均進行了引角處理，且圓弧角R 均大于25mm，混凝土表面的含水率為5%，底膠性能、配合比、使用原則、涂刷過程等均滿足相關規范要求，因此，本工程混凝土界面清理驗收合格。

4.2碳纖維布粘貼施工

本工程對碳纖維布粘貼過程中是否有結構膠浸出進行檢驗，檢驗發現3 處結構膠未浸出的現象，后續進行相應的補刷結構膠，保證碳纖維布的加固效果。

4.3施工質量驗收

本碳纖維加固施工質量驗收中，首先，利用錘擊法對碳纖維布與混凝土之間的粘結強度進行檢驗，根據試驗結果碳纖維布的有效粘結面積為98%，滿足相關規范要求，對個別空鼓部位，采取針管注膠的方式，修復碳纖維布的粘結面積。然后，根據《混凝土結構加固設計規范》對混凝土與碳纖維布的正拉粘結強度進行檢驗，梁、柱構件各抽取3 根，結果發現所抽取的梁、柱構件正拉粘結強度均≥2.5MPa，且混凝土破壞形式均為內聚破壞，滿足相關規范要求。最后，每個構件選取2 處進行碳纖維膠層厚度檢驗，結果發現碳纖維膠層厚度在1.3mm～1.9mm 之間，滿足相關規范要求。此外，利用鋼尺對所有碳纖維布的粘貼位置進行檢查，結果發現中心線偏差為9mm，長度負偏差為12mm，均滿足相關設計規范，則該碳纖維加固施工質量符合驗收標準。

5 碳纖維加固施工質量控制

5.1原材料質量控制

建筑加固工程采取碳纖維加固方法時，應嚴格依照以下幾點對碳纖維材料進行：第一，嚴禁選用12K 以上、單位面積質量大于300g/m2的碳纖維織物；第二，施工現場禁止出現原材料質量不合格產品，則需相關人員嚴格把控原材料的質量，比如隨機抽檢碳纖維的K數[2]、彈性模量等相關性能；第三，若以碳纖維織物復合材為原材時，需對其適配性進行檢驗，主要對層間剪切強度、抗拉強度標準值及粘貼界面粘結強度進行檢驗，滿足相應要求后，方可使用。此外，本建筑所采用的碳纖維加固技術均滿足以上要求，符合現行相關規范。

5.2施工質量控制

碳纖維加固技術在建筑加固工程施工過程中，首先保證原混凝土結構打磨深度在1～3mm 之間，保證混凝土表面不會出現灰層等現狀；之后用酒精擦洗打磨過的混凝土表面，進而除去打磨所產生的粉末及灰塵[3-6]；然后，結構膠應涂抹均勻，配合比應保證其精準度，粘貼時如遇低溫環境，應采取加熱措施，嚴禁使用外加劑；最后，碳纖維布與構件中混凝土的有效粘貼面積不低于95%，碳纖維布粘貼完成后，若發現空鼓現象，空鼓面積大于10000mm2時，應將原有的剔除，依照施工工序再次進行碳纖維布的粘貼，空鼓面積小于10000mm2時，利用針管注入結構膠，并用滾筒壓實，嚴禁反復進行壓實，從而保證粘貼碳纖維布的施工質量，提高建筑結構的承載能力。

6 結語

綜上所述，本文研究了碳纖維加固技術在既有建筑中的應用，碳纖維加固技術可以大幅度提高既有建筑構件的承載能力、耐久性及抗震性能，適用范圍較廣，施工便捷，最大程度的提高了建筑物的使用壽命。本項目加固完成后，未發現梁、柱等部位出現變形現象，經多方聯合進行質量檢驗，其加固施工滿足現行規范要求。