对碳纤维加固技术应用的小议

　　摘要：随着我国经济的发展,在大规模的城市建设的同时,旧城改造项目也在不断的增加,既有建筑的改造加固被提升到了我国城市建设的显著位置,为了满足新的使用功能要求部分老建筑在改造过程中需要采取必要的加固措施。本文通过某工程碳纤维加固的成功实践，对碳纤维加固施工技术及有关材质和施工质量控制的有效方法进行了小议。
　　关键词：碳纤维；加固；技术；应用；质量；控制
　　一、工程概况
　　广西某大厦工程原为22层框架-剪力墙结构，有地下室1层、裙楼5层。当施工至3层楼面时，因建设单位的变换，新的建设单位改变建筑物原使用功能而使主楼标准层层高增加300mm、总层数增加2个标准层、主楼电梯与楼梯平面位置改动等，从而使部分已施工的承台满足不了抗冲切与剪切要求、已施工的部分柱轴压比超限值、部分已建梁板布置无法满足建筑物新的功能。设计采取对相关的承台上柱根加大截面、柱身加大截面及外包钢、梁外包钢及梁板贴碳纤维等加固方法。本文着重介绍碳纤维加固施工技术及其质量控制措施。
　　二、施工工艺流程
　　碳纤维加固施工工艺流程如图1所示。
　　三、施工技术要点
　　1施工准备
　　1.1对需加固混凝土构件的外观、强度及碳化程度进行检查，针对较严重的质量缺陷，由设计人员提出处理方案。
　　
　　图1施工工艺流程
　　1.2熟悉施工图纸，进行图纸会审与设计交底。
　　1.3了解、分析加固施工期间的温度、湿度等状况与施工环境(灰尘、光线、通风等)，编制加固施工专项方案，对加固构造措施和加固节点进行深化设计，报相关单位审核、批准后方可施工。
　　1.4原材料的购置。
　　1.5对被加固结构尽量卸除活荷载。
　　2被加固构件的整修
　　2.1施工前应按设计图纸在需加固部位定位、放线;对外观检查中发现的裂缝进行处理:宽＜1.0mm的裂缝，宜注射环氧树脂浆液封闭;对≥1.0mm的裂缝，可压注微膨胀水泥浆液修补。
　　2.2用混凝土角磨机、砂纸等机具除去表面疏松、蜂窝、浮浆、油污等杂质至结构密实处，用无油压缩空气清除构件表面浮尘，若发现外露钢筋有锈蚀，需进行除锈处理。
　　2.3对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，用高于原构件混凝土强度的环氧砂浆进行修补、复原、达到表面平整;棱角部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径不得小于20mm。
　　3界面处理
　　用脱脂棉沾丙酮擦试构件表面，至没有明显的浮尘为止。
　　4配制底涂胶或结构胶粘剂
　　将主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器拌合均匀，使胶无色差。一次调和量应以在可使用时间内(一般情况下为40min)用完为准，超过可使用时间不得再用。在底涂树脂或结构胶粘剂中严禁添加溶剂，含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不得使用。
　　5修补找平
　　用滚筒刷均匀地涂抹底涂树脂，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或流淌、气泡，等胶固化后，若构件表面有凝结凸起时，用砂纸磨光，磨光后若露出混凝土基面，应再补涂树脂。构件表面麻面、小孔等应用找平树脂填平，修复至表面平整。内角、段差、起拱等要用找平树脂填补，使之平顺。在修补找平时，要在气温5℃以上，相对湿度＜85%的条件下施工。
　　6粘贴碳纤维片材
　　6.1碳纤维片材粘贴环境构件表面干燥，气温在5℃以下，相对湿度＞85%时，应采用喷灯烘烤混凝土面至干燥，否则，不得施工;作业场所应无风沙、粉尘，且不受日晒、雨淋和化学介质污染。
　　6.2碳纤维片裁剪、粘贴时防弯折与脱丝措施用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸裁切碳纤维片，每段长度宜≤6m，碳纤维片的裁切数量应以当天的用量为准。碳纤维片裁切时应预先在裁切位置粘贴宽胶带，在宽胶带正中位置进行裁切，以使裁切后碳纤维片的断头齐整不脱丝。
　　6.3贴片位置按设计要求定位、划线。
　　6.4粘贴过程贴片前用滚筒刷将胶均匀涂抹于粘贴部位，涂量依施工部位及施工面的粗糙程度而变化。在搭接、拱起、拐角等部位以及残缺修补处要多涂一些，但是必须涂抹均匀，不得漏刷、流淌或出现气泡，粘胶层厚度为(1.5±0.5)mm。在粘胶上平整铺上碳纤维片材后，用特制光滑辊子沿纤维方向在碳纤维片上滚压多次，对角隅处应向着角隅滚压，对拱起的部位要向相反的方向滚压，以去除气泡，使粘结树脂均匀充分渗浸入碳纤维束中。若只粘贴一层碳纤维片，则待碳纤维表面指触干燥后，用滚筒刷在碳纤维片材面上均匀涂抹粘结树脂，涂胶厚度为(1.2±0.5)mm。滚筒应刷沿碳纤维方向用力滚压多次，使碳纤维片内部补充、渗浸黏结树脂。如图2所示。
　　
　　图2贴完第1层
　　6.5需粘贴2层碳纤维片时，必须在首层修补完空鼓并在粘结树脂达到指干状态时立即贴下一层。若延误时间超过1h，则应等待12h后，方可重复上述步骤继续进行粘贴，但粘贴前应重新将碳纤维表面上的灰尘等擦拭干净。
　　7防护面层施工
　　在最外一层碳纤维片的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料，对碳纤维进行表面防护。
　　8养护
　　在每道工序后、树脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮挡，并防止贴片受到硬性冲击。当树脂固化期间气温可能会降低到5℃以下时，可采用低温固化树脂，或采取有效的加温措施。粘贴碳纤维片后，需自然养护约24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。碳纤维片粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间为:平均气温≤10℃时，需要2周;平均气温在10～20℃时，需要1～2周;平均气温＞20℃时，需要1周。
　　9涂装
　　对修复补强的构件有外观要求时，可在表面防护层上涂刷所需色彩或设计要求的涂料。涂装应在树脂固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。修复补强构件需防火时，可在树脂固化后按设计要求涂刷耐火涂层。
　　四、质量管理
　　1材料的购置、供应与检验
　　碳纤维布和胶结材料应按工程用量一次性进场到位，并具有产品出厂合格证。原材料应与施工气候状况与施工环境相适应、符合设计要求并注意碳纤维片材与胶粘剂的适配性。各项性能指标应符合《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006的要求。碳纤维在运输、储存中不得受挤压、严禁弯折，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。
　　2施工过程的管理
　　各工序的施工质量，由工长负责指导、监督。每一工序完成后督促操作小组自检，确认合格并提请技术人员检查认可后才能进行下道工序，否则必须返修至合格为止。贴片前及以后，还应请业主代表和监理人员检查，作贴片数量与质量的签认。
　　3碳纤维粘贴的质量检验
　　3.1目测碳纤维片表面应平整、无褶皱、翘起、松脱现象，纤维的方向、层数应符合设计规定。
　　3.2实测贴片位置中心偏差≤10mm、长度负偏差≤15mm。受力方向(顺纤维方向)搭接长度≥200mm，非受力方向搭接长度≥100mm，各幅及各层之间的搭接部位必须错开至少500mm。与混凝土之间总有效粘结面积不应低于95%。空鼓检测方法:用小锤轻轻敲击或手压碳纤维布表面，每1m2抽检≥2处，对空鼓范围用笔做出标记。若每1m2内有＜10个直径10mm～30mm的空鼓，可不修补;下列情况必须进行修补:每1m2有≥10个直径10mm～30mm的空鼓或全部为直径＞30mm的空鼓、在2000mm2范围内或在长度≤200mm内有≥5个直径为10mm～30mm的空鼓。
　　3.3检测仰贴条件下碳纤维片与混凝土的正拉粘结强度、碳纤维片材间层间剪切强度必须见证抽样作适配性检测，检测方法与检测结果应符合《混凝土结构加固设计规范》的要求，若检测不合格，应揭掉重贴，并重新按上述要求检查。
　　4空鼓处理方法
　　当碳纤维片的单个空鼓面积＜10000mm2时，可采用针管注胶的方式修补;单个空鼓面积＞10000mm2时，宜在空鼓处沿纤维方向切入2～3刀，用橡胶刮板、毛刷沾上适量粘结树脂，填进割开的缝内，重新搭接贴上等量的碳纤维片，搭接宽度应≥100mm;当贴片完全固化后，无法用割刀切开或注入树脂，或碳纤维片表面出现褶皱或松弛时，应用打磨机削去不良部分，不平时用环氧腻子等补平，再以其为中心在外重新粘贴2～3层碳纤维片，外层覆盖内层每端不少于50mm。
　　5施工注意事项
　　5.1胶粘剂对碳纤维的加固起着关键的作用，它既要确保各层碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维片与混凝土结构共同工作，从而达到加固的目的。所以，必须特别重视碳纤维的粘贴质量。
　　5.2单层碳纤维片的单位面积碳纤维质量越大或者片材越宽，施工时浸渍树脂越不容易完全浸透，施工质量就越难以保证。所以，在设计和施工时，都应尽量使用宽度较小的碳纤维片，并在确保粘胶涂量的基础上，必须用特制光滑辊子沿着纤维方向在碳纤维片上反复滚压多次。
　　五、施工安全
　　1碳纤维为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源，或采取可靠的防护措施。
　　2碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。
　　3现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
　　六、结语
　　本工程加固使用碳纤维片材1135m2，经现场抽样按设计荷载堆载检测，结构变形在设计允许范围内，达到了预期的效果。