碳纤维布（CFS）加固混凝土结构工法应用

杜中华

（新疆天恒基建筑工程有限公司 乌鲁木齐 830000）

1 前言

自从改革开放以来随着社会的不断发展，钢筋混凝土结构成为我国工业与民用建筑工程中主体结构材料最为常见的一种，所占体量极大。于是，混凝土结构的加固补强形式的选择就成为建筑工程维护中的关键技术、重要环节。在具体的实践过程中发现新型加固法中的碳纤维复合材料（碳纤维布或板）加固技术具有明显综合优势，如对结构截面尺寸和建筑净空尺寸影响较小、不会破坏原有结构、几乎不增加自身结构自重、耐腐蚀性强、施工工艺简单便捷且周期短，非常适用于钢筋混凝土结构的加固。

因此，碳纤维布（CFS）加固技术符合“方案可行、技术先进、经济合理”的原则，并在建筑工程领域内得到广泛的应用。

2 适用范围及要求

碳纤维布（CFS）加固修补结构技术适用于工业与民用建筑工程、市政公用工程、道路桥梁工程、公路铁路等交通工程中的建筑结构部位以及各种构筑物中的钢筋混凝土构件的补强加固；在对受弯构件和受剪构件加固时，实际混凝土强度等级不应低于C15；在对受压构件采用封闭粘贴碳纤维布加固时，实际混凝土强度等级不应低于C10。

3 工艺原理

碳纤维布加固修补结构技术的是利用胶粘剂把碳纤维布粘贴在混凝土受损部位，使之与混凝土基体合为一体，确保了碳纤维布（整体碳纤维丝）与混凝土结构中的钢筋共同作用，充分地利用了碳纤维布的良好抗拉强度来达到加固补强受损构件的承载能力和使用功能的目的，以此来提高混凝土构件的承载力，从而减少混凝土构件的变形量和控制裂缝扩展的一种补强加固方法。

4 施工工艺流程

卸除荷载→定位与放线→基层处理→涂刷底胶→找平处理→粘贴碳纤维布→表面防护

5 施工技术要点

（1）施工技术准备

①组织施工技术人员参加设计交底，认真做好图纸会审，充分理解设计意图和要求。制定可行性的施工方案和施工进度计划。

②掌握所用的碳纤维布、配套碳纤维胶粘剂使用说明和方法。

（2）卸除荷载

①工前应对所补强加固的构件尽可能卸除荷载。

②对建筑工程中的梁与板采取逐层加固的方法，以保证构件始终处于自由受力状态下进行补强加固施工。

（3）定位与放线

依据施工图纸对粘贴碳纤维布位置进行定位、放线。

（4）基层处理

①用小锤、錾子等工具清除需要补强加固构件混凝土表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化部分，直至混凝土结构密实部位，洗刷干净、清理干燥后，用专用底层材料和找平材料分层填补密实平整。标识标明裂缝部位，并按设计要求对需要裂缝进行灌缝、封闭处理，设计无要求时用环氧树脂对裂缝进行灌缝封闭处理。

②混凝土表面用电动磨光机、磨平机对其表面进行打磨清理，除去表面浮浆、浮灰、油污等杂质，直至完全露出洁净平整密实的混凝土结构面。对梁、柱等转角粘贴处打磨成半径不小于20mm 的圆弧角。补强加固构件混凝土表面应清理干净并保持干燥。

③配制、涂刷底层胶粘剂：按照产品使用说明书载明的比例将主剂与固化剂的混合来配制底层胶粘剂。主剂与固化剂应分别放置于清洁的容器中；应根据现场实际环境温度和使用数量确定底层胶粘剂的每次拌合量，一次拌合量应在产品使用说明书规定的时间内使用完成。采用专用刷将底层胶粘剂均匀涂刷于混凝土表面。在底层胶粘剂指触干燥（树脂表面达到固化硬结）后，尽快进行下道工序的施工。

④找平处理：按产品使用说明书的工艺规定配制找平材料。对混凝土表面凹陷部位使用找平材料填补平整，不得有棱角；梁、柱等转角处用找平材料修理成半径不小于20mm 的光滑圆弧。在找平材料表面指触干燥后才能进行下道工序的施工。

（5）粘贴碳纤维布

①按照施工图纸中要求的设计尺寸和层数，由专人裁剪碳纤维布，并进行分类、编号。

②配制、涂刷面层胶粘剂：根据现场实际环境温度和使用数量确定面层胶粘剂的每次拌合量，并按要求严格控制使用时间。具体操作步骤及要求与配制底层胶粘剂相同。采用专用刷将面层胶粘剂均匀地涂刷在待粘贴的部位，在碳纤维布搭接、构件转角等部位要多涂刷一遍。

③粘贴碳纤维布时必须使用特制辊子沿碳纤维纵向反复辊轧，使得面层胶粘剂充分浸透碳纤维布，同时去除气泡保证粘贴密实。粘贴多层碳纤维布时应待上层碳纤维布的面层胶粘剂指触干燥后方可进行下一层的粘贴，并重复上述步骤。最后顶层的碳纤维布表面仍然需要均匀涂刷一道面层胶粘剂，形成保护层。

（6）质量检验与验收

①在施工前应确认所采用加固材料的产品合格证、检验报告，各项性能指标应满足要求。对重点结构的补强加固施工时，应对碳纤维布和配套胶粘剂进行现场见证取样检验，合格后方可使用。

②每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。下涂刷和上涂刷的胶粘剂浸入碳纤维布中充分。碳纤维布与基层及层间粘贴密实。

③对于直径在10mm 以上、30mm 以下的空鼓，每平方米少于10个可认为合格；若每平方米在10个以上，则认为不合格，需进行补修。对于直径在30mm以上的空鼓，只要出现，即认为不合格，需进行补修。对出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注胶的方法进行补修。顺纤维方向搭接长度不小于20cm，各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上，层间必须错开至少50cm。

④碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》及《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146:2003(2007版)》的规定。

（7）表面防护

当需要对碳纤维布加固层作表面防护时，应按有关标准的规定进行处理，并保证防护材料与碳纤维布加固层之间有可靠的粘接。当需采用抹水泥砂浆做防护时，应在验收后作粘砂、拉毛处理。

6 主要机具设备及劳动力组织

表1 主要机具设备表

表2 劳动力组织一览表

7 质量控制措施

本工法施工执行《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》及《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146:2003(2007 版)》的规定。施工中采用以下质量控制措施：

（1）对进场工人进行集中施工技术培训和质量样板交底，优先选用有同类施工经验的工人。严格技术交底制度、“三检”制度，做好质量检查验收记录。

（2）强化材料验收和见证取样检测制度，确保原材料的质量。

（3）基层打磨时的粉尘使用吹风机进行清除，严禁使用水冲洗。

（4）严格按照材料适用温度来控制现场施工时间段和施工温度。

（5）严格按照碳纤维布加固修补结构技术施工工艺流程进行施工，严格执行样板制度。

8 安全环保措施

（1）施工人员必须穿工作服，佩戴安全帽，佩戴口罩和手套；与施工配套的脚手架必须经过检查验收，以保证安全性；高空作业时须佩戴安全带；施工现场禁止吸烟。

（2）碳纤维布为导电材料，施工碳纤维布时应远离电器设备和电源，否则必须采用安全可靠的防护措施。碳纤维布与配套的胶粘剂原料须密封存放，远离火源，避免阳光直接照射。配套胶粘剂的配制和使用场所保持良好的通风。

9 效益分析

采用本工法施工能够有效的控制好施工工期，且不影响其他工种的施工，农十二师五一农场职工住宅19#楼楼底板碳纤维加固工程，碳纤维布粘贴面积3900m2，施工工期50 天，工程造价115 万元。如采用传统的加固方法工期将达到95 天，造价达到196万元。采用碳纤维布粘贴加固法，工期节约47%，工程造价降低41.5%。

10 工程实例

农十二师五一农场职工住宅19#楼楼底板碳纤维加固工程位于兵团第十二师五一农场场部，平面形式为矩形，地上六层（地下一层），砖混结构，总建筑面积4974.35m2。交付使用后，部分住户反映房屋顶板有裂缝现象、客厅顶板有变形下挠现象，为确保该工程主体结构安全，必须进行结构加固设计。结构加固由新疆生产建设兵团建设工程质量检测中心设计，对局部的有裂缝梁板进行碳纤维布加固。加固材料采用规格300g/m2碳纤维片、厚度大于0.11mm、采用改性环氧树脂胶粘剂，其安全性能必须符合《混凝土结构加固设计规范GB50367-2013》及《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146:2003(2007版)》的规定。

新疆天恒基建筑工程有限公司于2016年6月10日开始施工，所用材料由天津耐特碳纤维制品有限公司的固牌单向碳纤维片及碳纤维胶粘剂，同年7月26 日施工完毕。施工质量符合设计及相关规定要求，顺利通过质量验收。