碳纤维加固施工技术浅谈

碳纤维加固施工技术浅谈

朱涛

上海建工七建集团有限公司第三工程公司

摘要：根据相关资料了解，碳纤维材料用于混凝土结构加固以及修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步较晚，但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于使用功能的改变，难以满足当前规范使用的需求，亟需进行维修、加固。本文就针对实际工程案例中，因使用功能的改变对局部结构进行的碳纤维结构加固的施工工艺进行介绍。

关键词：碳纤维布、加固、施工工艺、加固节点

一、工程简介及加固方案的确定

案例项目为某酒店，由于在装饰装修施工阶段才确定酒店品牌，酒店管理方要求1、取消三层的两间客房，原位增加一间数据机房、一间会议室。2、调整酒店地下一层餐饮库房、厨房的布局。

上述两处调整涉及房间内设备增加、楼面荷载增大，不满足原结构的荷载要求。故需要对局部的结构进行加固。

综合考虑碳纤维加固具有影响范围小、操作简便、施工进度快、加固效果好等优点，故由具有专业资质的设计单位进行了加固设计并由专业施工单位进行加固施工。

二、加固范围

根据图纸要求，对酒店三层及地下一层局部梁板进行加固。

三层需加固梁：共1跨；需加固板共2跨；地下一层需加固梁：共7跨，需加固板共6跨。

三、施工准备

1、材料准备

①碳纤维：根据设计图纸要求，碳纤维应选用聚丙烯腈基不大于15K的小丝束纤维。强度等级为高强度Ⅰ级，抗拉强度标准值为3400Mpa，碳纤维织物的单位面积质量不大于300g/m2，单层碳纤维厚度不小于0.167mm。当与其他结构胶黏剂配套使用时，应对其抗拉强度标准值、纤维复合材与混凝土正拉粘结强度和层间剪切强度重新做适配性试验。

②胶黏剂：根据设计图纸要求，结构加固用胶黏剂采用A级胶，胶黏剂必须进行粘贴抗剪强度检验。

③根据设计图纸要求，对加固用的胶合聚合物的粘贴性能，应通过耐长期应力作用能力的检验。

2、技术准备

①加固改造即粘贴碳纤维加固应由具备相应资质的厂家进行深化设计，并由设计单位确认后方可施工。

②对改造部位范围内涉及的结构构件均应对照建筑、机电图纸无误，进行专项施工方案的编制和深化后方可施工。

③加固施工前，应对施工人员进行技术交底，熟悉加固及需要拆改的范围。

④施工过程中应根据现场及被加固构件混凝土的实际情况，拟定加固方案及相应技术措施。

⑤碳纤维布加固施工的环境温度宜在5℃以上，当环境温度低于5℃时应采取适用于低温环境的配套树脂或采取升温措施。

3、施工现场准备

①定位放线：在进行混凝土表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。

②二结构墙面开洞：板梁顶面需加固部位已砌筑墙体的，应根据碳纤维加固范围内碳纤维布宽度、间距对墙体进行底部的开洞（高度宜在导墙高度范围内）。梁板底面需加固部位有已施工完成的墙体，需对顶部墙体及装饰面拆除（高度宜为结构梁下三皮砖高度范围内），以满足结构底面的加固作业，

③梁板顶面保温及装饰面拆除。

④地面拆除：碳纤维加固应在结构面上施工，对现场已按照地面做法施工的区域应进行剔凿，被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面，方可进行碳纤维布粘贴的加固作业。

⑤设计管线及设备的施工操作面排查。

⑥采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时，宜卸载作用在结构上的活荷载。

⑦梁板下的脚手架搭设：对梁板底部进行加固时，应根据加固位置搭设操作脚手架。

四、材料运输及垃圾清运

碳纤维加固施工期间，酒店的精装修施工也在同步进行，故现场的成品保护及文明施工不容忽视。

五、施工工艺

碳纤维加固的施工工艺为：表面处理→修补找平→胶料配制→粘贴碳纤维→表面防护→检验与验收

①表面处理：

被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去表面浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。混凝土表面应清理干净，并用修复材料将表面修复平整，不应有棱角。转角粘贴处应进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。

②修补找平：对裂缝部位应首先进行封闭处理。

③胶料配制：树脂配制时，应按产品使用说明中规定的配比称重并置于容器中，用搅拌器搅拌至色泽均匀。在搅拌容器内及搅拌器上不得有油污和杂质。应根据现场实际环境温度制定树脂的每次拌合量，并按照要求控制使用时间。

④粘贴碳纤维：

（1）在梁、板、墙、柱构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，纤维方向与加固处的受拉方向一致。

（2）碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm。当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层碳纤维布的搭接位置相互错开。

（3）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；按产品生产厂家提供的工艺规定配制浸渍树脂，并均匀涂抹于粘贴部位；将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次液压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，液压时不得损伤碳纤维布；多层粘贴应重复上述步骤，并宜在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴；应在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

⑤表面防护：在碳纤维表面的浸渍树脂上粘一层粗砂或豆石，后抹一层厚15mmYZJ-4纤维纱降加以防护。

⑥检查与验收：

（1）碳纤维片材的实际粘贴面积不应少于设计面积，位置偏差不应大于10mm。

（2）碳纤维片材与混凝土之间的粘贴质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法检查，总有效面积不应低于95%。

（3）当碳纤维布的空鼓面积不大于100cm2时，可采取针管注胶的方法进行修补。当空鼓面积大于100cm2时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等量的碳纤维片材，搭接长度不应小于100mm。

六、施工进度

前期的准备工作（包括对加固施工影响区域的墙体、地面、装饰面、吊顶、安装管线等拆除）计划工期为一周。整个加固的绝对工期为15天左右。

七、节点构造要求

7.1简支梁及中框梁正截面加固

（1）经设计计算纤维布延伸长度应满足要求。

（2）U型纤维布箍应在端部设置两道。

（3）U型纤维布箍宽度按图集要求选取，应为200mm。r梁圆滑半径不应小于20mm。

（4）U型布箍的厚度不应小于受弯加固纤维复合材厚度的1/2。

7.2梁粘贴纤维加固节点

（1）r为梁的圆化半径，碳纤维r不应小于20mm。

（2）梁顶纵向纤维布长度不应小于1/3梁计算跨度。

（3）纤维布与钢板接触位置应增涂胶粘剂一层，避免二者直接接触。

（4）纤维布上有锚栓孔时，应考虑锚栓引起的纤维布的损伤。

（5）压条上墙高度按700mm选取即可。

（6）根据图集要求，本次加固选用钢板压条规格为-100×5，锚栓为M12。

7.3现浇板纤维布加固，板面纤维布置

（1）l应满足受力及钢板的锚固长度，且不小于1/4板短边计算跨度。

（2）纤维布与钢板接触位置应增涂胶粘剂一层，避免二者直接接触。

7.4板底纤维布置

（1）板底纤维布锚固长度由计算确定。

（2）纤维布与钢板接触位置应增涂胶粘剂一层，避免二者直接接触。

7.5板粘贴纤维加固节点

（1）穿孔部位应采用胶粘剂灌注锚固。

（2）纤维布与钢板接触位置应增涂胶粘剂一层，避免二者直接接触。

（3）板面碳纤维加固在支座处应按平面图纸满足粘贴延伸长度要求。因现场实际情况无法满足的，应采取相应加固措施。

八、结论

碳纤维布加固技术是利用专用结构胶将碳纤维布粘贴在混凝土表面，形成复合结构，碳纤维增强复合材料CFRP（CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic）通过与混凝土之间协同工作，对构件或结构起到加固及改善受力性能的作用。

通过碳纤维布加固，能有效改善结构状态，增加结构承载能力。（减少变形、降低原有结构应力、减少裂缝）

其具有如下显著优点：

①单向抗拉强度高，是普通钢筋的7—10倍左右。

②质量轻，质量只有普通钢筋的1/4，可手工操作，不需要大型的机具、设备；在结构表面粘贴，施工速度快、周期短，对加固结构的生活、生产影响小，且几乎不增加原结构的质量。

③弹性模量高，尤其是高弹性模量的碳纤维片材，在加固结构中能发挥较大的作用。

④柔韧性好，不受结构（梁、柱、通风筒、管道、墙体等）外形限制，可根据实际情况进行裁剪，对所需的形状和尺寸有很高的适应能力。；

⑤在潮湿、侵蚀性环境中性能稳定，因纤维增强复合材料和粘结用树脂化学性能稳，能抵抗酸、碱、盐和水的侵蚀。

⑥施工性能超群体积小，对施工的操作空间要求可达到最低限度。

本工程通过碳纤维布加固施工，在保证了结构的荷载要求的前提下，兼顾了新的使用要求。随着建筑行业改扩建需求的增加，通过粘贴碳纤维进行结构加固的施工工艺将越来越广泛的被应用。随着施工工艺进一步优化，施工成本也将得到更好的控制。

参考文献

《混凝土结构加固构造》11G311-1

《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》GB50728