工程案例
業務范圍
碳纖維布加固現澆開裂樓板的施工
發布時間：2014-05-16
1序言碳纖維加固結構修補技術是一種新型的結構加固技術，它利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，能夠提高構件的抗彎、抗剪承載力、軸向抗壓承載力，提高構件的剛度及延性、控制混凝土構件裂縫的擴展，是目前比較理想的建筑修補加固技術。碳纖維（CFRP）用于混凝土結構加固修補的技術于20世紀80年代美、日等發達國家首先開發，我國起步較晚，目前在此領域使用方興未艾。
2工程實例
山東某電力公司職工住宅小區磚混住宅樓11棟，總建筑面積約7萬平方米，樓板全為現澆板，板厚110mm，混凝土強度等級為C20，所用混凝土為工地現澆。小區在主體工程竣工完成后，其中9棟樓普遍出現了樓板開裂的現象，樓板開裂面積共約5000mm2,總開裂面積約占總面積的10%。
2.1現澆樓板裂縫的形式
本小區現澆樓板裂縫的形式主要有以下幾種：
1、樓板四角與墻交界處，其走向與板的對角線垂直；2樓板跨中部平行于梁的直裂縫3樓板板底中部，呈放射狀向四周散開；4樓板板面規則短裂縫；5管線位置附近，沿管線方向延伸。
這些裂縫一般都出現在樓板澆筑完不久，在威海工程未投入使用前，屬于非荷載引起的裂縫，一般不會影響結構的承載能力，主要影響到美觀和耐久性，如果形成通縫就會引起樓板漏水，需要加固。提前做好威海防水準備，造成使用上的不便，必須加以處理，同時，更重要的是要認識裂縫產生的原因。從設計、材料選擇、施工等方面入手，盡可能防止裂縫的出現。
2．2現澆混凝土樓板開裂原因
混凝土收縮裂縫產生的機理是：混凝土在結硬過程中，體積會發生變化，水泥石會產生水化熱，由于構件內部和表面升溫和降溫速度不同，混凝土的收縮變形就不同，混凝土的收縮變形受到外界的約束時，就會產生較大的收縮應力，當收縮應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。經研究分析，本工程現澆混凝土樓板收縮開裂主要是由材料和施工方面的原因引起的，大概有以下幾點：
2．2．1材料方面
（1）混凝土配合比、水灰比
首先，由于現場攪拌的混凝土配比過程不夠精確，造成混凝土分層離析，上部出現富水泥漿層，收縮大，從而引起樓板面的不規則裂縫。其次，由于水灰比較大，混凝土中參與水化反應的水量僅為游離水的20—25%，大量的游離水在蒸發后會在混凝土中產生大量毛細孔，從而增加混凝土的收縮，引起樓板面不規則裂縫。
（2）水泥品種等級，水泥用量以及水泥安定性隨著高強混凝土的應用，水泥的等級要求就高,水泥用量也就越大，水化熱就越高，混凝土的收縮變形也越大。由于本工程所用水泥澆筑的混凝土非裝飾水泥，但顏色卻呈白色且黯淡無光，所以根據水泥安定性不達標的相關描述初步判別水泥安下性不合格，對水泥的安定性進行分析，證明了水泥配比存在著問題，庫存熟化時間過短從而導致安定性不合格。由于安定性不合格，混凝土與骨料的握裹力差、粘結力小，所以容易產生裂縫。
2．2．2施工原因
（1）混凝土強度的影響
混凝土強度未達到設計要求，同時混凝土的抗拉強度低，從而引起樓板開裂。在加固施工過程中發現，某房間樓板在打磨掉表層水泥浮漿后，所暴露的結構面只顯露砂、石（圖1），而沒有粘結劑水泥，經回彈的混凝土實測強度僅為15Mpa，遠遠達不到設計要求的20Mpa。
（2）配筋和鋼筋保護層厚度達不到設計要求
施工中，由于鋼筋配置不符合要求、鋼筋間距偏大不符合設計要求，均會導致樓板開裂。嚴重時，由于施工擅自減小配筋量，則會引起構件的安全問題，同時，由于施工澆注混凝土時未鋪設架板，施工人員在鋼筋上踩踏，致使上層鋼筋保護層厚度偏大，引起板面開裂。某房間在使用鋼筋探測儀探測后發現，樓板上表面保護層厚度達到50mm（本房間為板底、板頂雙層布筋），而設計保護層厚度僅為20mm；鋼筋間距350mm，而設計間距為上表面200mm，下表面150mm。
（3）施工中人為的偷工減料
在施工過程中，出現工程問題，施工人員為了圖方便，偷工減料。例如，某房間在澆注過程中出現了露筋情況，工程人員沒有采取相應的措施，而是僅僅是用石灰砂漿抹面（圖2）。施工人員的不規范施工是樓板開裂的重要原因。
3加固方案
3．1山東加固類型的分類
為了便于加固，進行規范化施工，需要對開裂樓板的裂縫進行分類。根據裂縫的位置不同，可以將裂縫分為結構性裂縫和非結構性裂縫。其中，結構性裂縫的重要特征為垂直于受力方向，貫穿或者雖未形成貫穿但是長度超過1m，此種裂縫縫寬一般在0.3mm以上;結構性裂縫之外的統稱為非結構性裂縫。在非結構性裂縫中，又根據裂縫數量的多少，可以將開裂區分為四個等級；沒有裂縫或者裂縫只有1條且極短（長度小于100mm），為I類區；1條裂縫（長度大于100mm）以上，3條裂縫以下，為Ⅱ類區；3條裂縫以上，6條裂縫以下，為Ⅲ類區；多于6條裂縫的情況，統稱為Ⅳ類區。此外，還有一種有一條主裂縫，然后數條微裂縫與主裂縫成一定角度放射狀開裂的情況。此種情況介于結構性裂縫和非結構性裂縫之間，其危害程度與主裂縫和微裂縫的長度和寬帶密切相關，可以根據危害程度將其歸于結構性裂縫或者Ⅲ、Ⅳ類區，這要根據工程人員的實際經驗來判別。為了便于裂縫的觀察，將樓板進行了灌水實驗，以此使裂縫顯現鮮明。（圖3-8）
3.2 加固方案的選取
山東本小區工程加固要求如下：
（1） 由于“十·一”期間職工要驗收新房，為了避免樓板開裂加固對職工心理造成不良影響，所以加固必須在“十·一”前完成，施工工期只有20余天；
（2） 加固過程不能過多減小樓層高度，同時不能過多增加樓層荷載；
（3） 加工質量必須要滿足安全要求以及耐久性要求。
為了滿足上述要求，本工程采用威海碳纖維布加固混凝土技術，這是一種新型混凝土結構加固修補技術，它利用浸漬樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面，共同工作，達到對混凝土結構構件的加固補強。
威海碳纖維加固技術最明顯的優點主要有以下幾點：
（1） 高強高效，適用面廣，質量易保證，對于目前普遍采用的碳纖維材料，其抗拉強度為3550mpa，比二級鋼（310mpa）高出十倍多。
（2） 施工方便，工效高，沒用濕作業，不需現場固定設施，施工占地少。
（3） 碳纖維材料具有良好的抗腐性和耐久性，加固修補后，基本不增加原結構自重及原構件尺寸，也無須對其進行維護，外裝修不受影響。
3.3 不同等級開裂區域的具體方案
本山東工程加固采用的碳纖維布都是100mm,根據樓板開裂情況不同，實施不同的加固方式。
（1） 對于存在結構性裂縫的房間，開間在3.6m以上（含3.6m）的房間，采用100mm寬的300g/?的碳纖維布進行雙向加固，纖維布間距根據承載力計算確定,并且在結構縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布，（見圖9）；開間在3.6m以下的房間，采用100mm寬300g/?的碳纖維布垂直于結構性裂縫進行單向加固，碳纖維布間距根據承載力計算確定，并且在結構縫處沿縫貼一道200mm寬300g/?的碳纖維布（見圖10）；
（2） 對于非結構性裂縫的樓板，對于Ⅰ，Ⅱ類區，一般情況不需要進行加固處理；
（3） 對于Ⅲ，Ⅳ類區域，對于存在結構性裂縫的房間，開間在3.6m以上（含3.6m）的房間，采用100mm寬200 g/?的碳纖維布進行雙向加固，纖維布間距根據承載力計算確定（見圖11）；開間在3.6m以下的房間，采用100mm寬200 g/?的碳纖維布垂直于結構性裂縫進行單向加固，纖維布間距根據承載力計算確定（見圖12）；
4 加固步驟及施工組織
威海 碳纖維加固施工方法嚴格按照《碳纖維片材加固混凝土結構技術規范》（CECS 146:2003）及《混凝土結構加固技術規范》（CECS 25:90）
中的相應規范施工，具體施工工序如下：
4.1 定位放線
為了減少工人勞動量，加快施工進度，本工程采用部分打磨措施，即按照圖紙設計，在需要粘貼碳纖維布的位置進行打磨。為了打磨位置準確，需要事先進行放線定位。
4.2 表面處理
混凝土表層出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以鑿除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復。混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，直至完全露出結構新面，將被粘貼混凝土表面打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨圓弧狀（R?20mm）。用吹風機清除混凝土表面灰塵，然后用丙酮擦洗，待混凝土表面清潔干燥后再進行下一步施工。
4．3材料粘貼
（1）涂刷底層樹脂
將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，按主劑：固化劑=3：1的配合比配置底層樹脂，均勻攪拌。根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間，一般情況下20—50min內用完。用滾筒刷將底層樹脂均勻涂刷于混凝土表面，指觸干燥后進行下一步工序施工，一般固化時間為6—24h。
（2）找平處理
混凝土表面凹陷部位應用找平材料填平，模板接頭等出現高度差的部位應用找平材料填補，盡量減小高度差。轉角處也應用找平材料修補成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待找平材料表面指觸干燥后方可進行下一步工序。
（3）粘貼碳纖維布
按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布，將調配好的浸漬樹脂（使用方法與底膠相同）均勻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。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現漏刷現象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。準確粘貼碳纖維布后，用滾筒刷反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，并用刮板刮涂均勻碳纖維布表面的浸漬樹脂，刮涂過程中不得損傷碳纖維布。待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一步施工。多層粘貼重復以上步驟。在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂，并撒上細砂作表面的粗糙處理。需要搭接時，沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm。
5施工注意事項
5．1施工質量保措施
為了保證工程加固質量，在整個施工過程中需要嚴格招待下列要求：
（1）、碳纖維片材配套樹脂的原料應檢驗合格且未過使用期，儲存過程需要密封，遠離火源，避免陽光直接照射，以防材料變性。
（2）、施工過程中應避免碳纖維片材彎折，刮涂浸漬樹脂時防止刮傷碳纖維。
（3）、施工現場的環境溫度必須符合粘結材料的使用溫度，如果不能滿足，必須采取措施使其滿足要求后再進行粘結。施工宜在環境溫度為5℃以上的條件進行，并應符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當環境溫度低于5℃時，應采用適用于低溫環境的配套樹脂或采取升溫措施。
（4）、當環境濕度不超過70%時，可以不考慮環境濕度對樹脂固化的不利影響，否則需要嚴加注意。
（5）、配制底層樹脂，找平材料、浸漬樹脂時均應滿足一般施工要求，還應根據施工進度和環境溫度控制每次的拌和量，以保證在粘結材料規定的使用時間內有效的使用拌和好的粘結材料。
5．2施工安全措施
本次加固工程工期要求緊，工作面又有其他施工班組作業，而加固的各工序間需要有一定時間的養護和固化過程，所以各工種之間必須穿插進行，為此要確保施工安全和成品保護，除施工現場的輔助工作（電源、照明、腳手架），及時到位外，并采取了如下措施：
（1）、打磨前，檢查打磨機，接線板導線的完好，防止漏電觸電。
（2）、表面處理過程中，由于現場粉塵過多，施工打磨人員必須戴好防塵口罩以及防塵鏡。同時，要確保打磨機前方無人。
（3）、由于碳纖維片材為導電材料，施工碳纖維片材時應遠離電氣設備的電源，并采取可靠的防護措施。
（4）、樹脂的配制和使用場所應保持通風良好，并且嚴禁煙火，遠離電源，防止電火花。現場粘貼人員要戴好橡膠勞保手套，防止樹脂的蝕傷。
6碳纖維布粘貼，質量檢驗
（1） 碳纖維布實際粘貼面積不應少于設計面積，粘貼部位及層數應符合設計要求，位置偏差不大于10mm。
(2)威海碳纖維布與混凝土間的粘貼質量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維布片材表面的方法檢查，總有效粘貼面積不應低于95%。當碳纖維布空鼓面積不大于1000 時，可采用針管注膠的方式進行修補。當碳纖維布空鼓面積大于1000 時，宜將空鼓部位的碳纖維片材切除，重新搭接上等量的碳纖維片材，搭接長度不應小于100mm。
（3）碳纖維布與混凝土間的粘接強度采用了碳纖維片材加固混凝土結構施工質量現場檢驗方法，根據取樣規則，加固面積在500至1000?的工程取兩組試樣，所有試樣的試驗結果均屬于Af破壞形式，施工質量判斷為合格。
7 結語
本工程通過采用威海碳纖維布加固混凝土技術，在緊迫的施工工期內對開裂現澆樓板進行了加固，經質量檢驗，效果良好，完全達到了業主的價格要求，得到了監理、業主的好評。
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