1序言

碳纤维加固结构修补技术是一种新型的结构加固技术，它利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，能够提高构件的抗弯、抗剪承载力、轴向抗压承载力，提高构件的刚度及延性、控制混凝土构件裂缝的扩展，是目前比较理想的建筑修补加固技术。碳纤维（CFRP）用于混凝土结构加固修补的技术于20世纪80年代美、日等发达国家首先开发，我国起步较晚，目前在此领域使用方兴未艾。

2工程实例

山东某电力公司职工住宅小区砖混住宅楼11栋，总建筑面积约7万平方米，楼板全为现浇板，板厚110mm，混凝土强度等级为C20，所用混凝土为工地现浇。小区在主体工程竣工完成后，其中9栋楼普遍出现了楼板开裂的现象，楼板开裂面积共约5000mm2,总开裂面积约占总面积的10%。

2.1现浇楼板裂缝的形式

本小区现浇楼板裂缝的形式主要有以下几种：

1、楼板四角与墙交界处，其走向与板的对角线垂直；2楼板跨中部平行于梁的直裂缝3楼板板底中部，呈放射状向四周散开；4楼板板面规则短裂缝；5管线位置附近，沿管线方向延伸。

这些裂缝一般都出现在楼板浇筑完不久，在威海工程未投入使用前，属于非荷载引起的裂缝，一般不会影响结构的承载能力，主要影响到美观和耐久性，如果形成通缝就会引起楼板漏水，需要加固。提前做好威海防水准备，造成使用上的不便，必须加以处理，同时，更重要的是要认识裂缝产生的原因。从设计、材料选择、施工等方面入手，尽可能防止裂缝的出现。

2．2现浇混凝土楼板开裂原因

混凝土收缩裂缝产生的机理是：混凝土在结硬过程中，体积会发生变化，水泥石会产生水化热，由于构件内部和表面升温和降温速度不同，混凝土的收缩变形就不同，混凝土的收缩变形受到外界的约束时，就会产生较大的收缩应力，当收缩应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。经研究分析，本工程现浇混凝土楼板收缩开裂主要是由材料和施工方面的原因引起的，大概有以下几点：

2．2．1材料方面

（1）混凝土配合比、水灰比

首先，由于现场搅拌的混凝土配比过程不够精确，造成混凝土分层离析，上部出现富水泥浆层，收缩大，从而引起楼板面的不规则裂缝。其次，由于水灰比较大，混凝土中参与水化反应的水量仅为游离水的20—25%，大量的游离水在蒸发后会在混凝土中产生大量毛细孔，从而增加混凝土的收缩，引起楼板面不规则裂缝。

（2）水泥品种等级，水泥用量以及水泥安定性随着高强混凝土的应用，水泥的等级要求就高,水泥用量也就越大，水化热就越高，混凝土的收缩变形也越大。由于本工程所用水泥浇筑的混凝土非装饰水泥，但颜色却呈白色且黯淡无光，所以根据水泥安定性不达标的相关描述初步判别水泥安下性不合格，对水泥的安定性进行分析，证明了水泥配比存在着问题，库存熟化时间过短从而导致安定性不合格。由于安定性不合格，混凝土与骨料的握裹力差、粘结力小，所以容易产生裂缝。

2．2．2施工原因

（1）混凝土强度的影响

混凝土强度未达到设计要求，同时混凝土的抗拉强度低，从而引起楼板开裂。在加固施工过程中发现，某房间楼板在打磨掉表层水泥浮浆后，所暴露的结构面只显露砂、石（图1），而没有粘结剂水泥，经回弹的混凝土实测强度仅为15Mpa，远远达不到设计要求的20Mpa。



（2）配筋和钢筋保护层厚度达不到设计要求

施工中，由于钢筋配置不符合要求、钢筋间距偏大不符合设计要求，均会导致楼板开裂。严重时，由于施工擅自减小配筋量，则会引起构件的安全问题，同时，由于施工浇注混凝土时未铺设架板，施工人员在钢筋上踩踏，致使上层钢筋保护层厚度偏大，引起板面开裂。某房间在使用钢筋探测仪探测后发现，楼板上表面保护层厚度达到50mm（本房间为板底、板顶双层布筋），而设计保护层厚度仅为20mm；钢筋间距350mm，而设计间距为上表面200mm，下表面150mm。

（3）施工中人为的偷工减料

在施工过程中，出现工程问题，施工人员为了图方便，偷工减料。例如，某房间在浇注过程中出现了露筋情况，工程人员没有采取相应的措施，而是仅仅是用石灰砂浆抹面（图2）。施工人员的不规范施工是楼板开裂的重要原因。

3加固方案

3．1山东加固类型的分类

为了便于加固，进行规范化施工，需要对开裂楼板的裂缝进行分类。根据裂缝的位置不同，可以将裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝。其中，结构性裂缝的重要特征为垂直于受力方向，贯穿或者虽未形成贯穿但是长度超过1m，此种裂缝缝宽一般在0.3mm以上;结构性裂缝之外的统称为非结构性裂缝。在非结构性裂缝中，又根据裂缝数量的多少，可以将开裂区分为四个等级；没有裂缝或者裂缝只有1条且极短（长度小于100mm），为I类区；1条裂缝（长度大于100mm）以上，3条裂缝以下，为Ⅱ类区；3条裂缝以上，6条裂缝以下，为Ⅲ类区；多于6条裂缝的情况，统称为Ⅳ类区。此外，还有一种有一条主裂缝，然后数条微裂缝与主裂缝成一定角度放射状开裂的情况。此种情况介于结构性裂缝和非结构性裂缝之间，其危害程度与主裂缝和微裂缝的长度和宽带密切相关，可以根据危害程度将其归于结构性裂缝或者Ⅲ、Ⅳ类区，这要根据工程人员的实际经验来判别。为了便于裂缝的观察，将楼板进行了灌水实验，以此使裂缝显现鲜明。（图3-8）

3.2  加固方案的选取

山东本小区工程加固要求如下：

（1）  由于“十·一”期间职工要验收新房，为了避免楼板开裂加固对职工心理造成不良影响，所以加固必须在“十·一”前完成，施工工期只有20余天；

（2）  加固过程不能过多减小楼层高度，同时不能过多增加楼层荷载；

（3）  加工质量必须要满足安全要求以及耐久性要求。

为了满足上述要求，本工程采用威海碳纤维布加固混凝土技术，这是一种新型混凝土结构加固修补技术，它利用浸渍树脂将碳纤维布粘贴于混凝土表面，共同工作，达到对混凝土结构构件的加固补强。

威海碳纤维加固技术最明显的优点主要有以下几点：

（1）  高强高效，适用面广，质量易保证，对于目前普遍采用的碳纤维材料，其抗拉强度为3550mpa，比二级钢（310mpa）高出十倍多。

（2）  施工方便，工效高，没用湿作业，不需现场固定设施，施工占地少。

（3）  碳纤维材料具有良好的抗腐性和耐久性，加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸，也无须对其进行维护，外装修不受影响。

3.3 不同等级开裂区域的具体方案

本山东工程加固采用的碳纤维布都是100mm,根据楼板开裂情况不同，实施不同的加固方式。

（1）  对于存在结构性裂缝的房间，开间在3.6m以上（含3.6m）的房间，采用100mm宽的300g/?的碳纤维布进行双向加固，纤维布间距根据承载力计算确定,并且在结构缝处沿缝贴一道200mm宽300g/?的碳纤维布，（见图9）；开间在3.6m以下的房间，采用100mm宽300g/?的碳纤维布垂直于结构性裂缝进行单向加固，碳纤维布间距根据承载力计算确定，并且在结构缝处沿缝贴一道200mm宽300g/?的碳纤维布（见图10）；

（2）  对于非结构性裂缝的楼板，对于Ⅰ，Ⅱ类区，一般情况不需要进行加固处理；

（3）  对于Ⅲ，Ⅳ类区域，对于存在结构性裂缝的房间，开间在3.6m以上（含3.6m）的房间，采用100mm宽200 g/?的碳纤维布进行双向加固，纤维布间距根据承载力计算确定（见图11）；开间在3.6m以下的房间，采用100mm宽200 g/?的碳纤维布垂直于结构性裂缝进行单向加固，纤维布间距根据承载力计算确定（见图12）；

4 加固步骤及施工组织

威海 碳纤维加固施工方法严格按照《碳纤维片材加固混凝土结构技术规范》（CECS  146:2003）及《混凝土结构加固技术规范》（CECS  25:90）

中的相应规范施工，具体施工工序如下：

4.1 定位放线

为了减少工人劳动量，加快施工进度，本工程采用部分打磨措施，即按照图纸设计，在需要粘贴碳纤维布的位置进行打磨。为了打磨位置准确，需要事先进行放线定位。

4.2 表面处理

混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，将被粘贴混凝土表面打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨圆弧状（R?20mm）。用吹风机清除混凝土表面灰尘，然后用丙酮擦洗，待混凝土表面清洁干燥后再进行下一步施工。

4．3材料粘贴

（1）涂刷底层树脂

将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，按主剂：固化剂=3：1的配合比配置底层树脂，均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下20—50min内用完。用滚筒刷将底层树脂均匀涂刷于混凝土表面，指触干燥后进行下一步工序施工，一般固化时间为6—24h。

（2）找平处理

混凝土表面凹陷部位应用找平材料填平，模板接头等出现高度差的部位应用找平材料填补，尽量减小高度差。转角处也应用找平材料修补成光滑的圆弧，半径不小于20mm。待找平材料表面指触干燥后方可进行下一步工序。

（3）粘贴碳纤维布

按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，将调配好的浸渍树脂（使用方法与底胶相同）均匀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。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。准确粘贴碳纤维布后，用滚筒刷反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，并用刮板刮涂均匀碳纤维布表面的浸渍树脂，刮涂过程中不得损伤碳纤维布。待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一步施工。多层粘贴重复以上步骤。在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂，并撒上细砂作表面的粗糙处理。需要搭接时，沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm。

5施工注意事项

5．1施工质量保措施

为了保证工程加固质量，在整个施工过程中需要严格招待下列要求：

（1）、碳纤维片材配套树脂的原料应检验合格且未过使用期，储存过程需要密封，远离火源，避免阳光直接照射，以防材料变性。

（2）、施工过程中应避免碳纤维片材弯折，刮涂浸渍树脂时防止刮伤碳纤维。

（3）、施工现场的环境温度必须符合粘结材料的使用温度，如果不能满足，必须采取措施使其满足要求后再进行粘结。施工宜在环境温度为5℃以上的条件进行，并应符合配套树脂要求的施工使用温度。当环境温度低于5℃时，应采用适用于低温环境的配套树脂或采取升温措施。

（4）、当环境湿度不超过70%时，可以不考虑环境湿度对树脂固化的不利影响，否则需要严加注意。

（5）、配制底层树脂，找平材料、浸渍树脂时均应满足一般施工要求，还应根据施工进度和环境温度控制每次的拌和量，以保证在粘结材料规定的使用时间内有效的使用拌和好的粘结材料。

5．2施工安全措施

本次加固工程工期要求紧，工作面又有其他施工班组作业，而加固的各工序间需要有一定时间的养护和固化过程，所以各工种之间必须穿插进行，为此要确保施工安全和成品保护，除施工现场的辅助工作（电源、照明、脚手架），及时到位外，并采取了如下措施：

（1）、打磨前，检查打磨机，接线板导线的完好，防止漏电触电。

（2）、表面处理过程中，由于现场粉尘过多，施工打磨人员必须戴好防尘口罩以及防尘镜。同时，要确保打磨机前方无人。

（3）、由于碳纤维片材为导电材料，施工碳纤维片材时应远离电气设备的电源，并采取可靠的防护措施。

（4）、树脂的配制和使用场所应保持通风良好，并且严禁烟火，远离电源，防止电火花。现场粘贴人员要戴好橡胶劳保手套，防止树脂的蚀伤。

6碳纤维布粘贴，质量检验

（1）  碳纤维布实际粘贴面积不应少于设计面积，粘贴部位及层数应符合设计要求，位置偏差不大于10mm。

(2)威海碳纤维布与混凝土间的粘贴质量，可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维布片材表面的方法检查，总有效粘贴面积不应低于95%。当碳纤维布空鼓面积不大于1000 时，可采用针管注胶的方式进行修补。当碳纤维布空鼓面积大于1000 时，宜将空鼓部位的碳纤维片材切除，重新搭接上等量的碳纤维片材，搭接长度不应小于100mm。

（3）碳纤维布与混凝土间的粘接强度采用了碳纤维片材加固混凝土结构施工质量现场检验方法，根据取样规则，加固面积在500至1000?的工程取两组试样，所有试样的试验结果均属于Af破坏形式，施工质量判断为合格。

7 结语

本工程通过采用威海碳纤维布加固混凝土技术，在紧迫的施工工期内对开裂现浇楼板进行了加固，经质量检验，效果良好，完全达到了业主的价格要求，得到了监理、业主的好评。