碳纤维加固技术在房屋建筑加固施工中的应用

郑喜刚 邢玉姣 张海涛

（1 寿光市建筑业发展中心；2 寿光市市政公用事业服务中心）

近年来，建筑行业发展迅速，但早期建筑物随着使用年限的不断增长，其服役阶段多次受外力破坏及长时间处在恶劣环境中等问题逐渐暴露，进而出现承载能力不足及耐久性能大幅度降低的质量缺陷，导致建筑物存在较大的安全隐患，对居民的人身安全造成严重威胁。为了保障人们的居住安全，提高人们的生活质量，对既有建筑进行安全加固，有效提高建筑物的承载能力，为居民的人身安全提供保障。目前，既有建筑结构安全加固技术较多，比如预应力加固、碳纤维加固等技术，其碳纤维加固技术凭其自身具有施工便捷、自重轻、耐久性优良等优势，广泛的应用于建筑结构加固工程中，进而增强建筑结构的承载能力和耐久性能[1]。本文以某砌体工程加固工程为例，探讨碳纤维结构加固技术在施工过程中的重难点，并给出施工过程中质量管控措施。

1 工程概况

某房屋建筑加固工程，加固设计使用年限30 年，为砌体结构，地上五层，建筑总面积3586.54m2，建筑总高度为18m，层高3.6m，楼板均采用预制混凝土楼板，抗震设防烈度为7 度，建筑场地类别Ⅱ类，基本风压为0.65kN/m2，基本雪压为0.50kN/m2。

2 碳纤维加固技术在房屋建筑加固施工中的应用

2.1工程检测

本工程现场对砌筑砂浆强度、砌筑块材性能、结构损伤情况、构造布置情况及抗震性能进行检测鉴定：第一，砌筑砂浆强度利用贯入法技术对其进行检测，强度第一至五层分别为5.3MPa、2.6MPa、2.1MPa、2.4MPa 和1.6MPa，则三至五层砂浆强度均不满足低于MU2.5MPa的要求；第二，砌体块材性能利用回弹仪进行检测，所测区域均无麻面等现象，各层墙体块材强度检测均为7.6MPa，其符合现行相关规范；第三，建筑结构损伤情况及构造布置情况发现墙体无明显倾斜、承重梁及墙体均无明显裂缝、梁柱节点均无出现开裂、露筋的现象，但发现个别梁、柱出现配筋不足的质量缺陷，且部分横墙与纵墙之间未设置2Ф6 的通长筋；第四，根据现场实际情况发现，该建筑抗震性能不满足相关规范，其具体要求为建筑抗震设防烈度应达到8 度，横墙间距不应大于11m，现场检测发现横墙间距为15m。因此，根据检测鉴定结果(见表1)，应对该建筑部分构件采取相应的措施，加强构件的刚度，提高构件的使用寿命，从而提高该建筑的生命周期。

表1 工程检测结果

2.2工程加固设计

本工程在选取加固方式时，有增大截面面积、碳纤维和外包钢加固方式可选，其各种加固方法的比较如表2所示。

表2 不同加固技术比较

本加固工程存在工程量较大、施工工期短、交叉作业多等特性，且从表2 可以看出，采用碳纤维加固技术最合适，所选取碳纤维材料的相关性能见表3。此外，该碳纤维布为柔性材料，可以任意形状应用于构件加固中，且不需要大型设备来辅助施工，常温下不会出现氧化现象，粘结胶采取某研究院生产的LZ型结构胶。

表3 碳纤维布材料性能

3 碳纤维加固技术施工技术

3.1构件表面处理

本次施工对该建筑梁、柱构件进行外贴碳纤维布的方法，首先，对加固部位进行定位放线，精准定位加固位置，并做好相应标记；然后，对构件表面采取人工机械打磨的方式，清除表面的灰层，并提出表面蜂窝、麻面的质量缺陷，使原混凝土展露在表层，并采用磷酸镁砂浆修复材料对原混凝土凹凸面进行修整；最后，对混凝土转角处特殊部位进行导角处理，保证转角处的光滑，避免对碳纤维布造成破坏。此外，混凝土表面平整后，进行底胶涂刷施工，底胶主要是保障碳纤维布与混凝土表面粘结的可靠性，底胶涂刷时，外界温度不低于5℃，湿度不大于85%，且遵守现用现配的原则，并超出粘结面积的20mm～30mm，养护1d 后，待其干燥，进行下个环节的施工。

3.2粘贴碳纤维布

本次碳纤维布粘贴施工前，先利用张拉机械对其进行张拉，张拉时对张拉位置进行定位钻孔，确保钻孔位置的精准度。根据加固施工图纸，在完成张拉机械安装后，应将碳纤维布裁剪为所需形状，并保证碳纤维布表面平整度，禁止出现弯折现象。然后，将碳纤维布铺设至固定位置，并保证碳纤维完全处于卸载松弛状态，之后对其表面进行清理工作，保证碳纤维布表明的整洁程度。最后，对碳纤维布进行结构胶涂刷工作，再利用张拉机械对其进行张拉，同时用滚筒沿着碳纤维布铺设方向进行压实，使多余的结构胶溢出。此外，对碳纤维布采用临时木支撑方式，增强碳纤维布铺贴的密实度，从而提高碳纤维布的施工效果，达到延缓结构使用周期的目的。

3.3搭接施工

本工程在进行碳纤维布粘结施工过程中，经常出现单层搭接和多层搭接现象。在碳纤维布粘贴出现单层搭接现象时，根据现行相关规范，其搭接长度为10mm，并在碳纤维端部利用横向碳纤维布的方式加强纵向碳纤维布粘贴的牢固效果；在碳纤维布粘贴出现双层搭接现象时，重复单层搭接的粘贴方式，并在最后一层的碳纤维布面层刷结构胶，其结构胶厚度在1～2mm 以内，从而提高碳纤维布的粘贴质量。

3.4表面养护

本次碳纤维布粘贴完成后，对其表面进行自然养护5d，且在结构胶的浸透性达到相应规范要求后，撤除张拉机械及定位装置，并将多余的碳纤维布剪除。此外，在碳纤维布粘贴效果满足现行相应规范要求后，对碳纤维表面进行防火涂料的涂刷，之后进行混凝土外表面密闭防护处理。

4 施工质量验收

4.1混凝土界面

本工程相关人员对混凝土界面处理质量进行验收时，验收结果发现混凝土表面清理、打磨后的全部进行了糙化处理，局部凹凸面均利用修补材料进行找平，梁、柱的转角处均进行了引角处理，且圆弧角R 均大于25mm，混凝土表面的含水率为5%，底胶性能、配合比、使用原则、涂刷过程等均满足相关规范要求，因此，本工程混凝土界面清理验收合格。

4.2碳纤维布粘贴施工

本工程对碳纤维布粘贴过程中是否有结构胶浸出进行检验，检验发现3 处结构胶未浸出的现象，后续进行相应的补刷结构胶，保证碳纤维布的加固效果。

4.3施工质量验收

本碳纤维加固施工质量验收中，首先，利用锤击法对碳纤维布与混凝土之间的粘结强度进行检验，根据试验结果碳纤维布的有效粘结面积为98%，满足相关规范要求，对个别空鼓部位，采取针管注胶的方式，修复碳纤维布的粘结面积。然后，根据《混凝土结构加固设计规范》对混凝土与碳纤维布的正拉粘结强度进行检验，梁、柱构件各抽取3 根，结果发现所抽取的梁、柱构件正拉粘结强度均≥2.5MPa，且混凝土破坏形式均为内聚破坏，满足相关规范要求。最后，每个构件选取2 处进行碳纤维胶层厚度检验，结果发现碳纤维胶层厚度在1.3mm～1.9mm 之间，满足相关规范要求。此外，利用钢尺对所有碳纤维布的粘贴位置进行检查，结果发现中心线偏差为9mm，长度负偏差为12mm，均满足相关设计规范，则该碳纤维加固施工质量符合验收标准。

5 碳纤维加固施工质量控制

5.1原材料质量控制

建筑加固工程采取碳纤维加固方法时，应严格依照以下几点对碳纤维材料进行：第一，严禁选用12K 以上、单位面积质量大于300g/m2的碳纤维织物；第二，施工现场禁止出现原材料质量不合格产品，则需相关人员严格把控原材料的质量，比如随机抽检碳纤维的K数[2]、弹性模量等相关性能；第三，若以碳纤维织物复合材为原材时，需对其适配性进行检验，主要对层间剪切强度、抗拉强度标准值及粘贴界面粘结强度进行检验，满足相应要求后，方可使用。此外，本建筑所采用的碳纤维加固技术均满足以上要求，符合现行相关规范。

5.2施工质量控制

碳纤维加固技术在建筑加固工程施工过程中，首先保证原混凝土结构打磨深度在1～3mm 之间，保证混凝土表面不会出现灰层等现状；之后用酒精擦洗打磨过的混凝土表面，进而除去打磨所产生的粉末及灰尘[3-6]；然后，结构胶应涂抹均匀，配合比应保证其精准度，粘贴时如遇低温环境，应采取加热措施，严禁使用外加剂；最后，碳纤维布与构件中混凝土的有效粘贴面积不低于95%，碳纤维布粘贴完成后，若发现空鼓现象，空鼓面积大于10000mm2时，应将原有的剔除，依照施工工序再次进行碳纤维布的粘贴，空鼓面积小于10000mm2时，利用针管注入结构胶，并用滚筒压实，严禁反复进行压实，从而保证粘贴碳纤维布的施工质量，提高建筑结构的承载能力。

6 结语

综上所述，本文研究了碳纤维加固技术在既有建筑中的应用，碳纤维加固技术可以大幅度提高既有建筑构件的承载能力、耐久性及抗震性能，适用范围较广，施工便捷，最大程度的提高了建筑物的使用寿命。本项目加固完成后，未发现梁、柱等部位出现变形现象，经多方联合进行质量检验，其加固施工满足现行规范要求。