浅谈碳纤维布加固技术的施工质量控制
2016-01-25
随着科学技术的飞速发展，碳纤维布加固技术越来越广泛的应用在延长年代久远的建筑使用寿命方面、新建建筑的新增荷载补强和施工隐患的整改方面。目前碳纤维布加固技术主要应用在混凝土结构的改造补强方面，适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维布进行加固。使用碳纤维布加固具有强度高、自重轻、易于操作、工期短的优点，其现场操作能够适应各种多种形状，可以与原结构共同受力增大结构的抗拉或抗剪能力，提高强度、刚度、抗裂性和结构的延性的特性；为保证施工质量，达到应有的设计使用要求，通过近几年的工程实践我将碳纤维布加固过程中的准备工作、技术要点和控制措施进行总结，供利用碳纤维布进行加固技术的施工单位参考。
1. 碳纤维布加固施工前的准备工作
（1）由于碳纤维布加固后要同原结构共同受力，为保证加固后能达到实际使用强度，所以纤维布加固施工前需要有资质的检测机构对原有结构进行检测，并将检测结果提供给有相应资质的设计单位参考；作为其设计依据之一，经过有相应资质的设计单位进行核算和设计；图纸经审查通过后，结构加固设计单位按照审查批准的施工图，向施工单位进行设计交底。施工单位根据设计编制施工组织设计和施工技术方案，施工组织设计经审查批准后组织实施。施工过程中，如发现现场实际与设计图纸不符或者有原来未发现的结构裂缝等情况，要及时跟设计单位联系，重新出具设计方案，按最终的设计方案实施，保证加固后的机构完整、牢固性。
（2）原材料质量的优劣是保证加固后质量的关键，特别是加固需要的碳纤维布和结构粘接胶的质量，材料的合格与否直接关系到加固工程的成败。因此使用的所有加固材料、产品均应进行进场验收，在确认产品包装及中文标志完整性的前提下，检查品种、级别、批号、包装、中文标志、产品合格证、出厂日期、出厂检验报告等进行检查；对进口产品还应检查报关单及商检报告所列的批号和技术内容是否与进场检查结果相符。在确认无误的情况下要对包括碳纤维布、界面剂、结构胶粘剂、聚合物砂浆、修补胶等加固材料按规范规定的抽样数量进行见证抽样复验，材料送样应经监理工程师签封，由专业送样员送到有资质的检测单位进行复试，复验不合格的材料和产品不得使用。为保证所用材料检测检验结果的真实性，未经监理单位见证取样、施工单位或生产厂家自行抽样、送检的委托检验报告无效。加固用混凝土中严禁使用安定性不合格的水泥、含氯化物的水泥、过期水泥和受潮水泥；结构胶粘剂应对其钢——钢拉伸抗剪强度、钢一混凝土正拉粘结强度和耐湿热老化性能等三项重要性能指标以及该胶粘剂不挥发物含量进行见证复验；碳纤维布应对其的抗拉强度标准值、弹性模量和极限伸长率、纤维布单位面积质量、碳纤维织物的K数；其他材料的复试遵照规范规定，复试合格后方可使用在加固工程中。
（3）对于现场的准备工作要做好一下几点：首先是施工环境的要求，施工环境的温度应该符合结构胶粘剂的产品使用说明书规定的温度，未规定时应按不低于15度进行控制，场地应在无粉尘、不受日晒雨淋和化学介质污染的情况下实施。如果遇到大型厂房加固工程，在清理和加固同时进行的情况下，要对清理和加固不同区域分别进行封闭措施，防止清理打磨的灰尘污染到加固的工作面。其次是要拆迁原结构上影响施工的管道和线路以及其他障碍、卸除原结构上的荷载。需要注意的是，大部分加固工程都是在高处作业，高处作业是危险作业，易发生高处坠落事故，所以要搭设安全支撑及工作平台保证施工的安全，搭设的工作平台要经过验收合格后再开始施工，对于大型的加固工程，例如对原有大型厂房的加固，需要多次更换工作面，要多次搭设作业平台，每次搭设完成后都要进行工作平台的验收，每次安拆都要有专人负责，保证施工过程的安全可靠。加固施工前，要熟悉周边情况，对结构构件的变形、裂缝情况应设专人进行检测，并做好观测记录备查。施工现场应有良好的通风条件，作业人员要佩戴防尘口罩或面具，高处作业要佩戴好安全带和安全帽，要配备相应的消防器材。
2. 原有结构的打磨和修整
（1）准备工作完成后可以进行现场的基层打磨清理工作了，基层清理打磨工作是碳纤维加固技术中非常重要的一项工作。基层清理不干净碳纤维布和混凝土结构就不能很好的形成一个整体，也就保证不了加固的承载力和弯拉强度，所以基层清理工作非常重要。清理一般采用手动磨光机和砂纸等进行手动打磨，严禁使用大锤等破坏原有结构的清理打磨。对于新构件应清除表面的尘土、浮浆，对于老构件应清除原构件表面的尘土、浮浆、污垢、油渍、原有涂层、抹灰层或其他饰面层，混凝土构件应剔除其风化、剥落、疏松、起砂、蜂窝、麻面、腐蚀等缺陷至露出骨料新面；对钢构件和钢筋还应除锈、脱脂并打磨至露出金属光泽；对砌体构件，尚应剔除其勾缝砂浆及已松动、粉化的砌筑砂浆层，必要时，还应对残损部分进行局部拆砌。当工程量不大时，可采用人工清理；当工程量程大或对界面处理的均匀性要求很高时，宜采用高压水射流进行清理。
（2）粘贴碳纤维布的工作面需要平整，不能有空洞和凸起， 那样才能保证碳纤维布与原有结构的粘结面积，从而保证粘结后的强度。打磨后露出骨料新面的混凝土加固粘贴部位，（特别是原有结构有小的凸起部分一定要用手动打磨机打磨平整），需要先用界面剂（丙酮等）对粘贴的部位进行清洗；而后应进一步进行修复平整，并采用结构修补胶对较大孔洞、凹面、露筋等缺陷进行修补、复原；对有段差、内转角的部位应抹成平滑的曲面；对构件截面的棱角，应打磨成圆弧半径不小于25mm的圆角。在完成以上加工后，应将混凝土表面清理干净，并保持干燥。 3. 碳纤维布加固的粘贴施工
（1）碳纤维布施工作业过程不注意作业顺序或作业时间、时机掌握不好，难以保证施工质量，所以碳纤维布加固中最最重要的工序就是碳纤维布的粘贴施工。施工的先后顺序和每一步操作的严格检查控制是保证施工质量的重点，也是充分体现施工完成后加固构件强度、刚度、抗裂性和结构的延性的核心所在。首先在修复完成的基层干燥后，注意原有构件表层含水率不宜大于4%，且不应大于6%是可以进行下一步工序。对含水率超限的混凝土应进行人工干燥处理，或改用高潮湿面专用的结构胶粘贴。达到以上要求后就可以进行碳纤维布的粘贴工作了。
（2）其次是施工前材料的配置和准备，加固需要的胶液要按胶的使用说明进行配置，拌合应采用低速搅拌机充分搅拌；拌好的胶液色泽应均匀、无气泡，胶的配置要随配随用，不能多配。结构胶凝结后很难清理，所以要用专业器具进行配置，用完及时清理，以防止污染。碳纤维布按设计及现场情况进行放样剪裁。放样时注意，现场使用的碳纤维布不能折叠，有折痕的要裁去不用，且布的纤维方向要同构件的受力方向一致，不能裁错。裁完后要注意布不能随地乱扔，避免布遭受污染。然后就是碳纤维布的粘贴了，粘贴顺序是：先在基层上涂刷底胶，待底胶用手指感觉不粘手的时候也称指干，检查其表面若有凸起处，应用细砂纸磨光，并应重刷一遍。底胶涂完毕应静置固化至指干时，第一道工序算是结束。第二步将配制好的浸渍、粘结专用的结构胶粘剂均匀涂抹于粘贴部位的混凝土表面上，然后将裁剪好的纤维布按照放线位置敷在涂好结构胶粘剂的混凝土表面，碳纤维布应充分展平，不得有皱褶；沿纤维方向，使用浸满结构胶粘剂浆液的特制滚筒在已贴好纤维的面上向一个方向多次滚压，使胶液充分浸渍纤维织物，并使织物的铺层均匀压实，无气泡发生。滚涂时用滚筒将碳纤维布沿纤维方向从一侧推向另一侧，滚筒只能向一个方向，不允许来回滚动，保证碳纤维布完全被胶液浸润为止，如果检查碳纤维布没有完全被胶液侵润，要重复以上操作直到符合要求为止，这一点非常非常重要。
（3）第三步粘贴完的碳纤维面自然晾至指干时要立刻进行下一层碳纤维布的粘贴，粘贴方法同上，若延误时间超过1h，则应等待12h后，方可重复上述步骤继续进行粘贴，且应在粘贴前用细软羊毛刷或洁净棉纱团沾工业丙酮擦拭一遍，以清除不洁残留物和新落的灰尘。第四步一般碳纤维布加固对于梁和大型屋面板板肋都设计有U型箍和压条，U型箍和压条的施工方法和普通的碳纤维布是一样的，只是U型箍和压条都是在受力碳纤维布的最外层，要注意压条的位置和长度要符合设计要求，压条的长度应比封闭用的织物宽度至少大100mm。
（4）最后一层压条的粘结牢固性要特别重要。最后一步，最外层纤维织物粘贴完毕，尚应在其表面均匀涂刷一道浸渍、粘结专用的结构胶，保证最外层布能充分固化。待最后一次结构胶完全固化后，粘贴碳纤维布的施工就完成了。对于施工完成后发现有气泡的地方可以采用注射胶液法将空鼓位置填实。
4. 和碳纤维配合使用的技术的简要说明
（1）在实际的工程中，为了结构的需要，有的时候碳纤维布会和钢板配合使用，下面就粘钢加固的施工简要进行说明。和碳纤维加固配合使用时一般采用外粘钢板加固，和碳纤维加固有区别的是外贴钢板加固需要提前加工钢板、箍板、压条及预钻孔工作。当然，钢板及锚栓的验收也是必不可少的。外贴钢板有二种方法：第一种是采用压力注胶法，粘钢时，应采用锚栓固定钢板，固定时，应加设钢垫片，使钢板与原构件表面之间留有约2mm的畅通缝隙，以备压注胶液。固定钢板的锚栓，应采用化学锚栓，不得采用膨胀锚栓在钢板和混艇土上钻制锚栓孔，应先探明混凝土中原钢筋位置，并在画线定位时予以避让。若探测有困难，且已在钻孔过程中遇到钢筋的障碍，允许移位2d （d为钻孔直径）重钻，但应用植筋胶将废孔填实。钻好的孔洞，应采用压缩空气吹净孔内及周边的粉尘、碎渣。第二种是直接粘贴钢板法，拌好的胶液应同时涂刷在钢板和粘合面上，经检查无漏刷后即可将钢板与原构件混凝土粘贴，粘贴后的胶层平均厚度应控制在Zmm～3mm。俯贴时，胶层宜中间厚、边缘薄；竖贴时，胶层宣上厚下薄{仰贴时，胶液的垂流度不应大于3mm。钢板粘贴后应均匀布点加压固定。其加压顺序应从钢板的一端向另一端逐点加压，或由钢板中间向两端逐点加压；不得由钢板两端向中间加压。粘结完成后应将粘接处固化24h后即可卸除加压夹具及支撑；72h后可进入下一工序。若养护温
度低于15℃，应按产品使用说明书的规定采取升温措施，或改用低温固化型结构胶粘剂。
（2）为了美观期间，很多工程在完成加固工作后要进行粉刷和装饰工序，在装饰工程与加固工作面上通常采用聚合物砂浆进行粉刷，一方面聚合物砂浆与碳纤维布结合较好，另一方面聚合物砂浆比普通砂浆收缩量小，可以减少裂缝产生。聚合物砂浆的施工温度和以上的其他材料差不多，唯一的区别是聚合物砂浆的施工最高温度，改性环氧类或改性丙烯酸酯共聚物类聚合物砂浆，不应高于35℃；对乙烯一醋酸乙烯共聚物类聚合物砂浆，不应高于30℃。聚合物砂浆拌合只允许加入产品说明书上要求的干净水量，拌好的砂浆，其色泽应均匀，无结块、无气泡、无沉淀，并应防止水、油、灰尘等混入，且应随伴随用，最多可以拌制30min的砂浆用量。砂浆抹灰和普通抹灰工序相同，每道厚度不大于6mm，需要用力碾压密实。后一道喷抹应在前一道初期硬化时进行，聚合物砂浆面层与原构件混凝土之间有效粘结面积不应小于该构件总粘结面面积的95%。
（3）加固过程中，每一道工序都需要进行验收，保证每一道工序都符合要求，加强施工现场质量管理，不但要有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、还要有施工质量控制与质量检验制度以及综合评定施工质量水平的考核制度，只有这样才能保证施工质量的落实。结构加固工程质量在施工单位自行检查评定的基础上，由参与该工程活动的有关单位共同对检验批、分项、子分部、分部工程的质量进行抽样复查，根据现行相关标准以书面形式对工程质量进行评价。
（4）当然了，施工加固工程还包括局部置换混凝土、混凝土工程外加预应力、钢构件增大截面等好几种加固种类，每类工程都有各个工程的技术要点和要求。但归根结底加强质量意识，履行隐蔽验收程序，做好过程控制，严格验收程序，才是保证施工质量的关键。作为施工管理人员要时刻把质量意识放在心中，做好技术交底和落实，把质量当成责任来承担，才能保证工程的顺利开展和最终的满意效果。随着新技术的不断出现，我们都需要不断学习，不断进步和探索，只有这样才能赶上人类进步的步伐。
