1序言

碳纖維加固結構修補技術(shù)是一種新型的結構加固技術(shù)，它利用樹(shù)脂類(lèi)粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，能夠提高構件的抗彎、抗剪承載力、軸向抗壓承載力，提高構件的剛度及延性、控制混凝土構件裂縫的擴展，是目前比較理想的建筑修補加固技術(shù)。碳纖維（CFRP）用于混凝土結構加固修補的技術(shù)于20世紀80年代美、日等發(fā)達國家首先開(kāi)發(fā)，我國起步較晚，目前在此領(lǐng)域使用方興未艾。

2工程實(shí)例

山東某電力公司職工住宅小區磚混住宅樓11棟，總建筑面積約7萬(wàn)平方米，樓板全為現澆板，板厚110mm，混凝土強度等級為C20，所用混凝土為工地現澆。小區在主體工程竣工完成后，其中9棟樓普遍出現了樓板開(kāi)裂的現象，樓板開(kāi)裂面積共約5000mm2,總開(kāi)裂面積約占總面積的10%。

2.1現澆樓板裂縫的形式

本小區現澆樓板裂縫的形式主要有以下幾種：

1、樓板四角與墻交界處，其走向與板的對角線(xiàn)垂直；2樓板跨中部平行于梁的直裂縫3樓板板底中部，呈放射狀向四周散開(kāi)；4樓板板面規則短裂縫；5管線(xiàn)位置附近，沿管線(xiàn)方向延伸。

這些裂縫一般都出現在樓板澆筑完不久，在威海工程未投入使用前，屬于非荷載引起的裂縫，一般不會(huì )影響結構的承載能力，主要影響到美觀(guān)和耐久性，如果形成通縫就會(huì )引起樓板漏水，需要加固。提前做好威海防水準備，造成使用上的不便，必須加以處理，同時(shí)，更重要的是要認識裂縫產(chǎn)生的原因。從設計、材料選擇、施工等方面入手，盡可能防止裂縫的出現。

2．2現澆混凝土樓板開(kāi)裂原因

混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的機理是：混凝土在結硬過(guò)程中，體積會(huì )發(fā)生變化，水泥石會(huì )產(chǎn)生水化熱，由于構件內部和表面升溫和降溫速度不同，混凝土的收縮變形就不同，混凝土的收縮變形受到外界的約束時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生較大的收縮應力，當收縮應力超過(guò)混凝土的抗拉強度時(shí)，混凝土就會(huì )產(chǎn)生裂縫。經(jīng)研究分析，本工程現澆混凝土樓板收縮開(kāi)裂主要是由材料和施工方面的原因引起的，大概有以下幾點(diǎn)：

2．2．1材料方面

（1）混凝土配合比、水灰比

首先，由于現場(chǎng)攪拌的混凝土配比過(guò)程不夠精確，造成混凝土分層離析，上部出現富水泥漿層，收縮大，從而引起樓板面的不規則裂縫。其次，由于水灰比較大，混凝土中參與水化反應的水量?jì)H為游離水的20—25%，大量的游離水在蒸發(fā)后會(huì )在混凝土中產(chǎn)生大量毛細孔，從而增加混凝土的收縮，引起樓板面不規則裂縫。

（2）水泥品種等級，水泥用量以及水泥安定性隨著(zhù)高強混凝土的應用，水泥的等級要求就高,水泥用量也就越大，水化熱就越高，混凝土的收縮變形也越大。由于本工程所用水泥澆筑的混凝土非裝飾水泥，但顏色卻呈白色且黯淡無(wú)光，所以根據水泥安定性不達標的相關(guān)描述初步判別水泥安下性不合格，對水泥的安定性進(jìn)行分析，證明了水泥配比存在著(zhù)問(wèn)題，庫存熟化時(shí)間過(guò)短從而導致安定性不合格。由于安定性不合格，混凝土與骨料的握裹力差、粘結力小，所以容易產(chǎn)生裂縫。

2．2．2施工原因

（1）混凝土強度的影響

混凝土強度未達到設計要求，同時(shí)混凝土的抗拉強度低，從而引起樓板開(kāi)裂。在加固施工過(guò)程中發(fā)現，某房間樓板在打磨掉表層水泥浮漿后，所暴露的結構面只顯露砂、石（圖1），而沒(méi)有粘結劑水泥，經(jīng)回彈的混凝土實(shí)測強度僅為15Mpa，遠遠達不到設計要求的20Mpa。



（2）配筋和鋼筋保護層厚度達不到設計要求

施工中，由于鋼筋配置不符合要求、鋼筋間距偏大不符合設計要求，均會(huì )導致樓板開(kāi)裂。嚴重時(shí)，由于施工擅自減小配筋量，則會(huì )引起構件的安全問(wèn)題，同時(shí)，由于施工澆注混凝土時(shí)未鋪設架板，施工人員在鋼筋上踩踏，致使上層鋼筋保護層厚度偏大，引起板面開(kāi)裂。某房間在使用鋼筋探測儀探測后發(fā)現，樓板上表面保護層厚度達到50mm（本房間為板底、板頂雙層布筋），而設計保護層厚度僅為20mm；鋼筋間距350mm，而設計間距為上表面200mm，下表面150mm。

（3）施工中人為的偷工減料

在施工過(guò)程中，出現工程問(wèn)題，施工人員為了圖方便，偷工減料。例如，某房間在澆注過(guò)程中出現了露筋情況，工程人員沒(méi)有采取相應的措施，而是僅僅是用石灰砂漿抹面（圖2）。施工人員的不規范施工是樓板開(kāi)裂的重要原因。

3加固方案

3．1山東加固類(lèi)型的分類(lèi)

為了便于加固，進(jìn)行規范化施工，需要對開(kāi)裂樓板的裂縫進(jìn)行分類(lèi)。根據裂縫的位置不同，可以將裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫。其中，結構性裂縫的重要特征為垂直于受力方向，貫穿或者雖未形成貫穿但是長(cháng)度超過(guò)1m，此種裂縫縫寬一般在0.3mm以上;結構性裂縫之外的統稱(chēng)為非結構性裂縫。在非結構性裂縫中，又根據裂縫數量的多少，可以將開(kāi)裂區分為四個(gè)等級；沒(méi)有裂縫或者裂縫只有1條且極短（長(cháng)度小于100mm），為I類(lèi)區；1條裂縫（長(cháng)度大于100mm）以上，3條裂縫以下，為Ⅱ類(lèi)區；3條裂縫以上，6條裂縫以下，為Ⅲ類(lèi)區；多于6條裂縫的情況，統稱(chēng)為Ⅳ類(lèi)區。此外，還有一種有一條主裂縫，然后數條微裂縫與主裂縫成一定角度放射狀開(kāi)裂的情況。此種情況介于結構性裂縫和非結構性裂縫之間，其危害程度與主裂縫和微裂縫的長(cháng)度和寬帶密切相關(guān)，可以根據危害程度將其歸于結構性裂縫或者Ⅲ、Ⅳ類(lèi)區，這要根據工程人員的實(shí)際經(jīng)驗來(lái)判別。為了便于裂縫的觀(guān)察，將樓板進(jìn)行了灌水實(shí)驗，以此使裂縫顯現鮮明。（圖3-8）

3.2  加固方案的選取

山東本小區工程加固要求如下：

（1）  由于“十·一”期間職工要驗收新房，為了避免樓板開(kāi)裂加固對職工心理造成不良影響，所以加固必須在“十·一”前完成，施工工期只有20余天；

（2）  加固過(guò)程不能過(guò)多減小樓層高度，同時(shí)不能過(guò)多增加樓層荷載；

（3）  加工質(zhì)量必須要滿(mǎn)足安全要求以及耐久性要求。

為了滿(mǎn)足上述要求，本工程采用威海碳纖維布加固混凝土技術(shù)，這是一種新型混凝土結構加固修補技術(shù)，它利用浸漬樹(shù)脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面，共同工作，達到對混凝土結構構件的加固補強。

威海碳纖維加固技術(shù)最明顯的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）  高強高效，適用面廣，質(zhì)量易保證，對于目前普遍采用的碳纖維材料，其抗拉強度為3550mpa，比二級鋼（310mpa）高出十倍多。

（2）  施工方便，工效高，沒(méi)用濕作業(yè)，不需現場(chǎng)固定設施，施工占地少。

（3）  碳纖維材料具有良好的抗腐性和耐久性，加固修補后，基本不增加原結構自重及原構件尺寸，也無(wú)須對其進(jìn)行維護，外裝修不受影響。

3.3 不同等級開(kāi)裂區域的具體方案

本山東工程加固采用的碳纖維布都是100mm,根據樓板開(kāi)裂情況不同，實(shí)施不同的加固方式。

（1）  對于存在結構性裂縫的房間，開(kāi)間在3.6m以上（含3.6m）的房間，采用100mm寬的300g/?的碳纖維布進(jìn)行雙向加固，纖維布間距根據承載力計算確定,并且在結構縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布，（見(jiàn)圖9）；開(kāi)間在3.6m以下的房間，采用100mm寬300g/?的碳纖維布垂直于結構性裂縫進(jìn)行單向加固，碳纖維布間距根據承載力計算確定，并且在結構縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布（見(jiàn)圖10）；

（2）  對于非結構性裂縫的樓板，對于Ⅰ，Ⅱ類(lèi)區，一般情況不需要進(jìn)行加固處理；

（3）  對于Ⅲ，Ⅳ類(lèi)區域，對于存在結構性裂縫的房間，開(kāi)間在3.6m以上（含3.6m）的房間，采用100mm寬200 g/?的碳纖維布進(jìn)行雙向加固，纖維布間距根據承載力計算確定（見(jiàn)圖11）；開(kāi)間在3.6m以下的房間，采用100mm寬200 g/?的碳纖維布垂直于結構性裂縫進(jìn)行單向加固，纖維布間距根據承載力計算確定（見(jiàn)圖12）；

4 加固步驟及施工組織

威海 碳纖維加固施工方法嚴格按照《碳纖維片材加固混凝土結構技術(shù)規范》（CECS  146:2003）及《混凝土結構加固技術(shù)規范》（CECS  25:90）

中的相應規范施工，具體施工工序如下：

4.1 定位放線(xiàn)

為了減少工人勞動(dòng)量，加快施工進(jìn)度，本工程采用部分打磨措施，即按照圖紙設計，在需要粘貼碳纖維布的位置進(jìn)行打磨。為了打磨位置準確，需要事先進(jìn)行放線(xiàn)定位。

4.2 表面處理

混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復�；炷�土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結構新面，將被粘貼混凝土表面打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨圓弧狀（R?20mm）。用吹風(fēng)機清除混凝土表面灰塵，然后用丙酮擦洗，待混凝土表面清潔干燥后再進(jìn)行下一步施工。

4．3材料粘貼

（1）涂刷底層樹(shù)脂

將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，按主劑：固化劑=3：1的配合比配置底層樹(shù)脂，均勻攪拌。根據現場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量并嚴格控制使用時(shí)間，一般情況下20—50min內用完。用滾筒刷將底層樹(shù)脂均勻涂刷于混凝土表面，指觸干燥后進(jìn)行下一步工序施工，一般固化時(shí)間為6—24h。

（2）找平處理

混凝土表面凹陷部位應用找平材料填平，模板接頭等出現高度差的部位應用找平材料填補，盡量減小高度差。轉角處也應用找平材料修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待找平材料表面指觸干燥后方可進(jìn)行下一步工序。

（3）粘貼碳纖維布

按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，將調配好的浸漬樹(shù)脂（使用方法與底膠相同）均勻涂抹于所要粘粘的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現漏刷現象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。準確粘貼碳纖維布后，用滾筒刷反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布，并使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布，并用刮板刮涂均勻碳纖維布表面的浸漬樹(shù)脂，刮涂過(guò)程中不得損傷碳纖維布。待碳纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一步施工。多層粘貼重復以上步驟。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹(shù)脂，并撒上細砂作表面的粗糙處理。需要搭接時(shí)，沿纖維方向的搭接長(cháng)度不得小于200mm。

5施工注意事項

5．1施工質(zhì)量保措施

為了保證工程加固質(zhì)量，在整個(gè)施工過(guò)程中需要嚴格招待下列要求：

（1）、碳纖維片材配套樹(shù)脂的原料應檢驗合格且未過(guò)使用期，儲存過(guò)程需要密封，遠離火源，避免陽(yáng)光直接照射，以防材料變性。

（2）、施工過(guò)程中應避免碳纖維片材彎折，刮涂浸漬樹(shù)脂時(shí)防止刮傷碳纖維。

（3）、施工現場(chǎng)的環(huán)境溫度必須符合粘結材料的使用溫度，如果不能滿(mǎn)足，必須采取措施使其滿(mǎn)足要求后再進(jìn)行粘結。施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件進(jìn)行，并應符合配套樹(shù)脂要求的施工使用溫度。當環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應采用適用于低溫環(huán)境的配套樹(shù)脂或采取升溫措施。

（4）、當環(huán)境濕度不超過(guò)70%時(shí)，可以不考慮環(huán)境濕度對樹(shù)脂固化的不利影響，否則需要嚴加注意。

（5）、配制底層樹(shù)脂，找平材料、浸漬樹(shù)脂時(shí)均應滿(mǎn)足一般施工要求，還應根據施工進(jìn)度和環(huán)境溫度控制每次的拌和量，以保證在粘結材料規定的使用時(shí)間內有效的使用拌和好的粘結材料。

5．2施工安全措施

本次加固工程工期要求緊，工作面又有其他施工班組作業(yè)，而加固的各工序間需要有一定時(shí)間的養護和固化過(guò)程，所以各工種之間必須穿插進(jìn)行，為此要確保施工安全和成品保護，除施工現場(chǎng)的輔助工作（電源、照明、腳手架），及時(shí)到位外，并采取了如下措施：

（1）、打磨前，檢查打磨機，接線(xiàn)板導線(xiàn)的完好，防止漏電觸電。

（2）、表面處理過(guò)程中，由于現場(chǎng)粉塵過(guò)多，施工打磨人員必須戴好防塵口罩以及防塵鏡。同時(shí)，要確保打磨機前方無(wú)人。

（3）、由于碳纖維片材為導電材料，施工碳纖維片材時(shí)應遠離電氣設備的電源，并采取可靠的防護措施。

（4）、樹(shù)脂的配制和使用場(chǎng)所應保持通風(fēng)良好，并且嚴禁煙火，遠離電源，防止電火花�，F場(chǎng)粘貼人員要戴好橡膠勞保手套，防止樹(shù)脂的蝕傷。

6碳纖維布粘貼，質(zhì)量檢驗

（1）  碳纖維布實(shí)際粘貼面積不應少于設計面積，粘貼部位及層數應符合設計要求，位置偏差不大于10mm。

(2)威海碳纖維布與混凝土間的粘貼質(zhì)量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維布片材表面的方法檢查，總有效粘貼面積不應低于95%。當碳纖維布空鼓面積不大于1000 時(shí)，可采用針管注膠的方式進(jìn)行修補。當碳纖維布空鼓面積大于1000 時(shí)，宜將空鼓部位的碳纖維片材切除，重新搭接上等量的碳纖維片材，搭接長(cháng)度不應小于100mm。

（3）碳纖維布與混凝土間的粘接強度采用了碳纖維片材加固混凝土結構施工質(zhì)量現場(chǎng)檢驗方法，根據取樣規則，加固面積在500至1000?的工程取兩組試樣，所有試樣的試驗結果均屬于A(yíng)f破壞形式，施工質(zhì)量判斷為合格。

7 結語(yǔ)

本工程通過(guò)采用威海碳纖維布加固混凝土技術(shù)，在緊迫的施工工期內對開(kāi)裂現澆樓板進(jìn)行了加固，經(jīng)質(zhì)量檢驗，效果良好，完全達到了業(yè)主的價(jià)格要求，得到了監理、業(yè)主的好評。