碳纤维网格在某高跨车间屋面梁板修复工程中的应用

梁富文

（广东省建科建筑设计院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

碳纤维加固材料具有强度高、效果好、施工方便、使用范围广、经济效益明显等特点，广泛应用于各类加固改造项目，是目前国内运用最广、研究最成熟的加固材料之一[1]。相较于常见的加大界面加固法，碳纤维加固技术操作较为便捷、对原结构的破坏较小，且加固效果较好，基本可以满足待修复混凝土构件受弯、受剪、受压能力的补强需求[2]。同时，王岚指出[3]，碳纤维加固材料尤其适用于老旧厂房这类建筑面积大、施工环境简单、结构受力简单的加固修复项目。

随着碳纤维加固材料以及加固技术的发展，新的加固方法不断涌现，比如，碳纤维材料不再做成片材、筋或者型材等单向受力形式，而是做成网格，通过人工涂抹或者喷射聚合物砂浆，在待加固结构表面形成高性能的复合加固层[4]。这种碳纤维网格加固方法，适用于复杂、自由形式的几何表面，可以很好地限制结构裂缝的扩展，提高混凝土梁、柱的整体刚度和承载能力[5]。

本文将以中船黄埔文冲船舶有限公司长洲厂区高跨车间屋面梁板修复项目为例，简述碳纤维网格加固方法在本项目设计、施工过程中的应用情况。

1 工程概况

中船黄埔文冲船舶有限公司长洲厂区高跨车间为一栋单层排架厂房，屋面采用预制混凝土梁板结构，其中高跨部分竣工于1972年，接长段竣工于2004年，建筑面积约为11748m2。

根据现场踏勘情况以及鉴定单位提供的报告得知，本工程主要存在的混凝土病害有屋面梁板存在保护层发霉脱落、钢筋锈蚀、多处漏筋，屋面钢梁结构存有锈蚀等情况，详见图1。

经我司深入的讨论，屋面梁板是由于原天面板混凝土保护层厚度不满足规范要求，车间周边环境水气加速屋面板板底混凝土的碳化，降低了混凝土的碱度，钢筋表面的钝化膜破坏导致钢筋出现锈蚀。另外，由于屋面板防水面层日久失修、失效导致混凝土板长期受到雨水侵蚀，钢筋锈蚀加剧锈涨，迫使混凝土保护层剥落。屋面钢梁结构因缺乏日常耐久性维护等原因造成。

图1 屋面梁板现状

根据以上的病害情况分析得出，混凝土楼板在结构安全性、耐久性方面均存在不同程度的问题。为保证混凝土梁板结构的安全性、耐久性，并恢复混凝土梁板结构各部件的原有功能，满足混凝土梁板结构的技术标准要求，应立即对混凝土梁板结构进行维修加固，防止病害进一步加重，否则混凝土梁板结构的结构安全、及服役年限得不到保障。

对于由于部分混凝土剥落而造成的钢筋锈蚀露筋的病害，先凿除松散的混凝土，对锈蚀的钢筋进行除锈处理，然后再在钢筋上涂刷防锈漆，最后用碳纤维网格喷射砂浆加固系统进行加固。

2 碳纤维网格加固方案

2.1 碳纤维网格加固法优点

相较于普通的碳纤维加固方法，碳纤维网格加固法的优点主要在于：

（1）加固强度高，其加固效果大致相当于φ6mm@150mm的钢筋网片。

（2）整体加固后，喷射砂浆厚度薄，可以在几乎不改变结构截面尺寸的前提下提升结构的力学性能。

（3）对结构约束能力强，从而具备极好的控制裂缝扩展的能力。

（4）砂浆中的活性成分保证了碳纤维网格与混凝土之间的粘结强度，而喷射砂浆保证了碳纤维网格与混凝土的共同作用，加固效果好。

（5）碳纤维为惰性材料，抗腐蚀能力强，适用于厂房中屋面梁板这类直接与雨水接触部分的修复。

（6）施工铺设方便、易开展，适用于厂房结构这种建筑面积大，结构受力简单的结构。

（7）防火性能好，1cm砂浆保护层可达到建筑材料耐火耐燃测试ISO834中F60的要求。

2.2 碳纤维网格相关参数

本项目采用的碳纤维网格相关物理力学性能参数见表1。

表1 碳纤维网格相关参数

2.3 碳纤维网格施工工艺

碳纤维网格通过与湿法聚合物砂浆的配合使用，能在实现对结构的加固修复作用，碳纤维网格加固法剖面大样详见图2。

图2 碳纤维网格加固法剖面大样

具体施工工艺：

2.3.1 表面处理

采用水力磨毛法或人工磨毛的方式将所有污垢、油脂、油污、水泥浆和养护化合物从混凝土、砂浆和石头上除去，并露出粗糙的混凝土结构的表面。在施工前一天将基材润湿至完全浸透，并涂刷界面剂增加新旧界面粘接。施工第一层砂浆时，基材不许有水膜。

2.3.2 砂浆拌制

按照合适的水灰比将砂浆混合料和水加入到砂浆搅拌器中。使用低速钻头和叶板进行搅拌。搅拌3~5min，至砂浆混合均匀。在施工流程开始后，不要添加额外的水。

2.3.3 喷射第一层聚合物砂浆

在粗糙的结构表面喷射或人工涂抹第一层的CWSM砂浆，第一层砂浆的厚度为0.5cm，要确保喷射或人工涂抹施工后砂浆的平整度。

2.3.4 碳纤维网格的裁剪和铺设

施工完第一层的聚合物砂浆后，按尺寸对碳纤维网格进行裁剪；在第一层聚合物砂浆表面摊铺碳纤维网格，碳纤维网格的碳纤维丝方向需按照设计要求的方向进行布置，碳纤维网格横向和纵向搭接宽度为20cm；碳纤维网格需用泥铲按压入砂浆层中且需保证加固材料的纤维尽可能的拉紧；对顶部施工，开始时即对其进行固定，以避免滑移；确保摊铺完成后，整个碳纤维网格表面的平整度。项目屋面梁铺设碳纤维网格后效果详见图3。

图3 屋面梁铺设碳纤维网格后

2.3.5 喷射第二层聚合物砂浆

网格铺设完毕后，在第一层砂浆未固化前，即可进行第二层聚合物砂浆的拌制和喷射或人工涂抹施工，喷射或人工涂抹砂浆的厚度为1.5cm，确保喷射完成后，无网格纤维外漏及整个混凝土表面的平整度。需保证第一层和第二层砂浆在同一天进行施工。如果第二层砂浆未能在当天施工，第一层砂浆需用扫把进行粗糙化处理，直到骨料可见。施工完毕后，可用泥铲或刮刀进行表面处理，保证表面平整、外观良好。

2.3.6 砂浆的养护和表面处理

施工完毕后，进行养护，养护7d后，即可进行表面的外装修或涂装处理。

3 结语

碳纤维加固法是一种常见的结构加固方法，具有施工便捷、简单易操作以及对结构本身影响小的特点。然而，碳纤维网格加固法，不但继承了原碳纤维材料以片、筋等形式用于结构加固中的优点，更在其力学性能、施工规范化、经济效益等方面有很大提升。因此，对碳纤维网格加固法及其配套高强聚合物砂浆的研究与推行，是未来结构加固行业重要的发展方向之一。