碳纤维布加固现浇楼板工程实例研讨

一、工程概况

湖北省武汉市某新建住宅小区由于施工不当——少放、漏放钢筋，浇筑混凝土时随意浇水，振捣、养护不周或使用假冒伪劣产品等，致使工程竣工后不久，发现多栋、部分楼层现浇板出现细微裂缝，局部较为严重；经政府质量监督检测部门抽芯、取样、试压、回弹和超声波检测发现：部分钢筋混凝土现浇板强度远没有达到设计要求，而且存在少筋现象，特别是缺少楼板阳角处的放射钢筋。为了满足使用功能和结构安全上的要求，必须对其进行加固处理。

二、加固方案

2.1 方案选定结构加固与新建不同，设计、施工均有其特殊性。加固设计不仅包括原结构的验算和加固设计计算，还要求考虑新旧结构材料的粘结能力、结构强度、刚度和使用寿命的均衡性以及新旧结构的协调工作等问题；而且，加固施工一般是在建筑物使用过程中进行，或只能短期停业施工，要求施工速度快，现场浇筑湿作业少，同时受施工场地、相邻构件、设备等空间环境的制约，所以选择合理的加固方法、提高加固效益显得至关重要。

当前，国内外工程应用中，常用的加固改造技术主要有以下几种：(1)加大截面法;(2)外包钢加固法;(3) 外贴钢板加固法; (4) 改变结构传力法; (5)预应力加固法; (6)碳纤维布加固法等。其相关加固效益和性能参数的比较结果综合上表比较结果可知：碳纤维加固法具有耐腐蚀，抗疲劳，自重轻，施工方便、快捷，节约空间和成本等优点；另外，实践证明它还具有高强度、高模量等良好的力学性能。为此，经过市质监站、设计院和施工单位等各方专家多方面研究、讨论和反复的计算、验证，后一致决定运用粘贴碳纤维布法对其进行加固补强。

2.2 方案设计根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]的具体规定和其它强制性文件的相应条款进行加固补强设计:加固楼板底部双向单层粘贴宽的CF-HS-200R 索奇牌高性能碳纤维布，同时四边端头压条50mm；碳纤维配套粘贴树脂采用JGN-P 和JGN-C系列建筑结构专用树脂。

三、工程施工

3.1 施工准备粘贴施工前应认真阅读相关设计文件，严格按照设计要求做好计划安排；并对所要使用的碳纤维布、配套树脂、仪器机具等逐一检验、测试，以确保工期进度、施工材料和配套设施符合加固要求。

3.2 板面处理

1）敲掉结构板面风化、剥落、疏松、蜂窝或露筋部位的劣质混凝土层，并用高压水流清洗，充分干燥。

2）细微裂缝处，直接灌浆处理，当裂缝较大时，先封缝，后用注射器进行压力灌浆；对于蜂窝麻面、凹凸空洞，需采用高强水泥砂浆填充，而当大面积混凝土缺损时，则用无收缩膨胀水泥砂浆修补；对于转角处，还要进行倒角处理，以便贴片。

3）按照设计要求进行合理的打磨放线。

4）待填补砂浆强度达标后，混凝土板面用角向磨光机、砂轮或钢丝刷打磨，去掉1～2mm 的表面粉刷层或杂质层，直至完全露出新面；后用毛刷或高压气枪将碎屑及粉尘去掉，并用丙酮清理、晾干，保证混凝土板面清洁、平整、干燥。

3.3 底涂施工

1）按照3:1 准确称取专用配套树脂JGN-P 胶AB 两组分，在干净容器中充分搅拌5 分钟，混合均匀。

2）在40min 内，用滚筒或毛刷把树脂胶均匀的涂于混凝土板面，厚度不超过0.4 mm，且不能出现漏刷、气泡和流淌等不良现象（如图1-2 所示）。

3）树脂干燥后，板面凹陷处用修补胶（JGN-C 胶 +2 倍的粉料制作）重新找平，找平时要尽量减少高差，且不宜出现棱角；树脂胶初期固化后，才能进行下一道工序（粘贴碳纤维布）。

3.4 粘贴施工

1）按照设计要求的尺寸（长、宽）裁剪碳纤维布。

2）按照3:1 准确称取专用配套树脂JGN-C 胶AB 两组分，在干净容器中充分搅拌5 分钟，混合均匀。及时将树脂胶均匀地涂刷在需粘贴碳纤维布的底胶上，然后把已裁剪好的碳纤维布粘贴在放线确定的相应部位，随即在贴上的碳纤维布表面再涂抹一层2～3mm 厚的浸渍树脂（JGN-C 胶）；再用专用滚筒沿碳纤维布的受力方向滚压，挤出气泡，并使树脂充分渗透碳纤维布（如图2-1 所示）。

3）初期固化后，才可继续进行垂直方向上碳纤维布的粘贴，方法同第一道。此外，碳纤维布的搭接长度为100mm，四边端头用横向碳纤维布压条50mm（如图2-2 所示）。

4）施工结束，四周要适当进行围护，并用塑胶布覆盖24h 以上，防止碳纤维材料受到扰动、污染。

5）加固碳纤维完全固化后，才可进行外保护层施工或涂刷防护、装饰外漆。

3.5 注意要点

1）用滚筒滚压碳纤维布时，应始终由一边向另一边单向滚压或由中间向两边分别单向滚压，切不可双向来回滚压，以免损伤碳纤维布。

2）施工温度在5℃～30℃范围内，相对湿度不大于70%。

3）环境平均温度在10℃以下时，初期固化时间为2d，10℃～20℃时为1～2d，20℃以上时为1d，若迫于工期，则应静置2～3h 或指触干燥为止；完全固化时间一般在环境温度20℃左右时为7d，10℃左右时为14d。

4）加固工作室内要保持良好的通风，禁烟、隔火，并配备相应的防护设施；施工人员要穿特制的工作服，佩戴护目镜、口罩及手套等。

四、加固检测

4.1 材料检验

1）碳纤维布材料按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中 3.2.2 和3.2.3条的规定检验合格。

2）专用配套树脂按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中3.3.2 和3.3.3条的规定检验合格。

3）表面防护材料按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中3.4.1 和3.4.2条的规定检验合格。

4.2 楼板检验

1）大试验荷载综合活荷载和扣除楼板自重，并加上后期装修荷载和其它荷载后的恒荷载，计算取为3.5kN/m2。

2）在随机抽检的楼板上表面进行均布、分级堆载，直至3.5kN/m2 且每级加载完成后，均停留30min 以上；加载完毕，对应变片、位移传感器、数据采集仪等设备收集的相关数据整理、分析发现：楼板的大挠度在3mm 左右，远小于《混凝土结构设计规范》[3]中规定的挠度限值L/200；钢筋应力均小于设计强度210MPa，满足承载力要求；碳纤维布大应力只有几十兆帕，远小于其设计强度3000MPa 以上。另外，在加载过程中混凝土楼板没有出现新裂纹；碳纤维布与混凝土粘结面之间也没有出现剥离现象，两者协同受力效果良好。

为此，加固检测合格，验收通过，可以交付使用！

五、结束语

工程实践表明：楼板表面粘贴碳纤维布能有效的提高其抗弯曲、抗剪切或冲切能力，加大结构的整体强度和刚度，对结构的抗裂性和延性也有很好的改善；而且无须打孔穿洞（与传统的加大截面法、外包钢板法、缠绕钢丝法相比），不会造成结构的加固损伤，施工质量易于保证，在后期使用过程中也不需要定期维护；同时具有轻巧美观、操作简单、方便快捷等优点，综合经济效益良好。

随着碳纤维加固技术的快速发展和广泛应用，其试验及理论研究亦俯拾皆是；但由于试验难度大，安全保障措施复杂等原因，对于混凝土板特别是现浇钢筋混凝土楼板的相关研究仍然有限。今后，还需要我们进一步开展的工作主要有：

1）检验加固效果的均布加载方式还不完善，迫切需要寻找一种方便快捷、节省成本、容易控制、安全稳定的加、卸载测试方法；

2）碳纤维布与加固楼板之间粘结、剥离破坏的计算理论尚不成熟，在今后的相关研究中有待进一步的完善；

3）碳纤维布加固楼板在长期或反复荷载作用下的徐变、疲劳以及不同卸载情况下，混凝土、钢筋和碳纤维布的各自受力性能仍需着力探讨。