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1序言

碳纖維加固結(jié)構(gòu)修補(bǔ)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，能夠提高構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力、軸向抗壓承載力，提高構(gòu)件的剛度及延性、控制混凝土構(gòu)件裂縫的擴(kuò)展，是目前比較理想的建筑修補(bǔ)加固技術(shù)。碳纖維（CFRP）用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的技術(shù)于20世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家首先開發(fā)，我國(guó)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(qū)磚混住宅樓11棟，總建筑面積約7萬(wàn)平方米，樓板全為現(xiàn)澆板，板厚110mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，所用混凝土為工地現(xiàn)澆。小區(qū)在主體工程竣工完成后，其中9棟樓普遍出現(xiàn)了樓板開裂的現(xiàn)象，樓板開裂面積共約5000mm2,總開裂面積約占總面積的10%。

2.1現(xiàn)澆樓板裂縫的形式

本小區(qū)現(xiàn)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(duì)角線垂直；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；4樓板板面規(guī)則短裂縫；5管線位置附近，沿管線方向延伸。

這些裂縫一般都出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的承載能力，主要影響到美觀和耐久性，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(zhǔn)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(rèn)識(shí)裂縫產(chǎn)生的原因。從設(shè)計(jì)、材料選擇、施工等方面入手，盡可能防止裂縫的出現(xiàn)。

2．2現(xiàn)澆混凝土樓板開裂原因

混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理是：混凝土在結(jié)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(gòu)件內(nèi)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(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。經(jīng)研究分析，本工程現(xiàn)澆混凝土樓板收縮開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(xiàn)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(xiàn)富水泥漿層，收縮大，從而引起樓板面的不規(guī)則裂縫。其次，由于水灰比較大，混凝土中參與水化反應(yīng)的水量?jī)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(xì)孔，從而增加混凝土的收縮，引起樓板面不規(guī)則裂縫。

（2）水泥品種等級(jí)，水泥用量以及水泥安定性隨著高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用，水泥的等級(jí)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(jù)水泥安定性不達(dá)標(biāo)的相關(guān)描述初步判別水泥安下性不合格，對(duì)水泥的安定性進(jìn)行分析，證明了水泥配比存在著問(wèn)題，庫(kù)存熟化時(shí)間過(guò)短從而導(dǎo)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(jié)力小，所以容易產(chǎn)生裂縫。

2．2．2施工原因

（1）混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度低，從而引起樓板開裂。在加固施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，某房間樓板在打磨掉表層水泥浮漿后，所暴露的結(jié)構(gòu)面只顯露砂、石（圖1），而沒有粘結(jié)劑水泥，經(jīng)回彈的混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度僅為15Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的20Mpa。



（2）配筋和鋼筋保護(hù)層厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)要求，均會(huì)導(dǎo)致樓板開裂。嚴(yán)重時(shí)，由于施工擅自減小配筋量，則會(huì)引起構(gòu)件的安全問(wèn)題，同時(shí)，由于施工澆注混凝土?xí)r未鋪設(shè)架板，施工人員在鋼筋上踩踏，致使上層鋼筋保護(hù)層厚度偏大，引起板面開裂。某房間在使用鋼筋探測(cè)儀探測(cè)后發(fā)現(xiàn)，樓板上表面保護(hù)層厚度達(dá)到50mm（本房間為板底、板頂雙層布筋），而設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度僅為20mm；鋼筋間距350mm，而設(shè)計(jì)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(xiàn)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(xiàn)了露筋情況，工程人員沒有采取相應(yīng)的措施，而是僅僅是用石灰砂漿抹面（圖2）。施工人員的不規(guī)范施工是樓板開裂的重要原因。

3加固方案

3．1山東加固類型的分類

為了便于加固，進(jìn)行規(guī)范化施工，需要對(duì)開裂樓板的裂縫進(jìn)行分類。根據(jù)裂縫的位置不同，可以將裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。其中，結(jié)構(gòu)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(zhǎng)度超過(guò)1m，此種裂縫縫寬一般在0.3mm以上;結(jié)構(gòu)性裂縫之外的統(tǒng)稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫。在非結(jié)構(gòu)性裂縫中，又根據(jù)裂縫數(shù)量的多少，可以將開裂區(qū)分為四個(gè)等級(jí)；沒有裂縫或者裂縫只有1條且極短（長(zhǎng)度小于100mm），為I類區(qū)；1條裂縫（長(zhǎng)度大于100mm）以上，3條裂縫以下，為Ⅱ類區(qū)；3條裂縫以上，6條裂縫以下，為Ⅲ類區(qū)；多于6條裂縫的情況，統(tǒng)稱為Ⅳ類區(qū)。此外，還有一種有一條主裂縫，然后數(shù)條微裂縫與主裂縫成一定角度放射狀開裂的情況。此種情況介于結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫之間，其危害程度與主裂縫和微裂縫的長(zhǎng)度和寬帶密切相關(guān)，可以根據(jù)危害程度將其歸于結(jié)構(gòu)性裂縫或者Ⅲ、Ⅳ類區(qū)，這要根據(jù)工程人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)判別。為了便于裂縫的觀察，將樓板進(jìn)行了灌水實(shí)驗(yàn)，以此使裂縫顯現(xiàn)鮮明。（圖3-8）

3.2  加固方案的選取

山東本小區(qū)工程加固要求如下：

（1）  由于“十·一”期間職工要驗(yàn)收新房，為了避免樓板開裂加固對(duì)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)量必須要滿足安全要求以及耐久性要求。

為了滿足上述要求，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(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)技術(shù)，它利用浸漬樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面，共同工作，達(dá)到對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)。

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(qiáng)高效，適用面廣，質(zhì)量易保證，對(duì)于目前普遍采用的碳纖維材料，其抗拉強(qiáng)度為3550mpa，比二級(jí)鋼（310mpa）高出十倍多。

（2）  施工方便，工效高，沒用濕作業(yè)，不需現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)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(bǔ)后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸，也無(wú)須對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，外裝修不受影響。

3.3 不同等級(jí)開裂區(qū)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(jù)樓板開裂情況不同，實(shí)施不同的加固方式。

（1）  對(duì)于存在結(jié)構(gòu)性裂縫的房間，開間在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(jù)承載力計(jì)算確定,并且在結(jié)構(gòu)縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布，（見圖9）；開間在3.6m以下的房間，采用100mm寬300g/?的碳纖維布垂直于結(jié)構(gòu)性裂縫進(jìn)行單向加固，碳纖維布間距根據(jù)承載力計(jì)算確定，并且在結(jié)構(gòu)縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布（見圖10）；

（2）  對(duì)于非結(jié)構(gòu)性裂縫的樓板，對(duì)于Ⅰ，Ⅱ類區(qū)，一般情況不需要進(jìn)行加固處理；

（3）  對(duì)于Ⅲ，Ⅳ類區(qū)域，對(duì)于存在結(jié)構(gòu)性裂縫的房間，開間在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(jù)承載力計(jì)算確定（見圖11）；開間在3.6m以下的房間，采用100mm寬200 g/?的碳纖維布垂直于結(jié)構(gòu)性裂縫進(jìn)行單向加固，纖維布間距根據(jù)承載力計(jì)算確定（見圖12）；

4 加固步驟及施工組織

威海 碳纖維加固施工方法嚴(yán)格按照《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（CECS  146:2003）及《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》（CECS  25:90）

中的相應(yīng)規(guī)范施工，具體施工工序如下：

4.1 定位放線

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?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)，在需要粘貼碳纖維布的位置進(jìn)行打磨。為了打磨位置準(zhǔn)確，需要事先進(jìn)行放線定位。

4.2 表面處理

混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jī)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）涂刷底層樹脂

將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，按主劑：固化劑=3：1的配合比配置底層樹脂，均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間，一般情況下20—50min內(nèi)用完。用滾筒刷將底層樹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(yīng)用找平材料填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用找平材料填補(bǔ)，盡量減小高度差。轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用找平材料修補(bǔ)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(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，將調(diào)配好的浸漬樹脂（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(yán)禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。準(zhǔn)確粘貼碳纖維布后，用滾筒刷反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，并使浸漬樹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(fù)以上步驟。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂，并撒上細(xì)砂作表面的粗糙處理。需要搭接時(shí)，沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得小于200mm。

5施工注意事項(xiàng)

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(yán)格招待下列要求：

（1）、碳纖維片材配套樹脂的原料應(yīng)檢驗(yàn)合格且未過(guò)使用期，儲(chǔ)存過(guò)程需要密封，遠(yuǎn)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(yīng)避免碳纖維片材彎折，刮涂浸漬樹脂時(shí)防止刮傷碳纖維。

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

（4）、當(dāng)環(huán)境濕度不超過(guò)70%時(shí)，可以不考慮環(huán)境濕度對(duì)樹脂固化的不利影響，否則需要嚴(yán)加注意。

（5）、配制底層樹脂，找平材料、浸漬樹脂時(shí)均應(yīng)滿足一般施工要求，還應(yīng)根據(jù)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(jié)材料規(guī)定的使用時(shí)間內(nèi)有效的使用拌和好的粘結(jié)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(yǎng)護(hù)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(hù)，除施工現(xiàn)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(jī)，接線板導(dǎo)線的完好，防止漏電觸電。

（2）、表面處理過(guò)程中，由于現(xiàn)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(jī)前方無(wú)人。

（3）、由于碳纖維片材為導(dǎo)電材料，施工碳纖維片材時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備的電源，并采取可靠的防護(hù)措施。

（4）、樹脂的配制和使用場(chǎng)所應(yīng)保持通風(fēng)良好，并且嚴(yán)禁煙火，遠(yuǎn)離電源，防止電火花。現(xiàn)場(chǎng)粘貼人員要戴好橡膠勞保手套，防止樹脂的蝕傷。

6碳纖維布粘貼，質(zhì)量檢驗(yàn)

（1）  碳纖維布實(shí)際粘貼面積不應(yīng)少于設(shè)計(jì)面積，粘貼部位及層數(shù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)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(yīng)低于95%。當(dāng)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(bǔ)。當(dāng)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(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm。

（3）碳纖維布與混凝土間的粘接強(qiáng)度采用了碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)方法，根據(jù)取樣規(guī)則，加固面積在500至1000?的工程取兩組試樣，所有試樣的試驗(yàn)結(jié)果均屬于Af破壞形式，施工質(zhì)量判斷為合格。

7 結(jié)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(nèi)對(duì)開裂現(xiàn)澆樓板進(jìn)行了加固，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)，效果良好，完全達(dá)到了業(yè)主的價(jià)格要求，得到了監(jiān)理、業(yè)主的好評(píng)。