淺談碳纖維布加固技術(shù)的施工質(zhì)量控制
2016-01-25
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，碳纖維布加固技術(shù)越來越廣泛的應(yīng)用在延長年代久遠(yuǎn)的建筑使用壽命方面、新建建筑的新增荷載補(bǔ)強(qiáng)和施工隱患的整改方面。目前碳纖維布加固技術(shù)主要應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)的改造補(bǔ)強(qiáng)方面，適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維布進(jìn)行加固。使用碳纖維布加固具有強(qiáng)度高、自重輕、易于操作、工期短的優(yōu)點(diǎn)，其現(xiàn)場操作能夠適應(yīng)各種多種形狀，可以與原結(jié)構(gòu)共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗拉或抗剪能力，提高強(qiáng)度、剛度、抗裂性和結(jié)構(gòu)的延性的特性；為保證施工質(zhì)量，達(dá)到應(yīng)有的設(shè)計(jì)使用要求，通過近幾年的工程實(shí)踐我將碳纖維布加固過程中的準(zhǔn)備工作、技術(shù)要點(diǎn)和控制措施進(jìn)行總結(jié)，供利用碳纖維布進(jìn)行加固技術(shù)的施工單位參考。
1. 碳纖維布加固施工前的準(zhǔn)備工作
?。?）由于碳纖維布加固后要同原結(jié)構(gòu)共同受力，為保證加固后能達(dá)到實(shí)際使用強(qiáng)度，所以纖維布加固施工前需要有資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)對原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，并將檢測結(jié)果提供給有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位參考；作為其設(shè)計(jì)依據(jù)之一，經(jīng)過有相應(yīng)資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行核算和設(shè)計(jì)；圖紙經(jīng)審查通過后，結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)單位按照審查批準(zhǔn)的施工圖，向施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)交底。施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)編制施工組織設(shè)計(jì)和施工技術(shù)方案，施工組織設(shè)計(jì)經(jīng)審查批準(zhǔn)后組織實(shí)施。施工過程中，如發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)際與設(shè)計(jì)圖紙不符或者有原來未發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)裂縫等情況，要及時(shí)跟設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，重新出具設(shè)計(jì)方案，按最終的設(shè)計(jì)方案實(shí)施，保證加固后的機(jī)構(gòu)完整、牢固性。
?。?）原材料質(zhì)量的優(yōu)劣是保證加固后質(zhì)量的關(guān)鍵，特別是加固需要的碳纖維布和結(jié)構(gòu)粘接膠的質(zhì)量，材料的合格與否直接關(guān)系到加固工程的成敗。因此使用的所有加固材料、產(chǎn)品均應(yīng)進(jìn)行進(jìn)場驗(yàn)收，在確認(rèn)產(chǎn)品包裝及中文標(biāo)志完整性的前提下，檢查品種、級別、批號、包裝、中文標(biāo)志、產(chǎn)品合格證、出廠日期、出廠檢驗(yàn)報(bào)告等進(jìn)行檢查；對進(jìn)口產(chǎn)品還應(yīng)檢查報(bào)關(guān)單及商檢報(bào)告所列的批號和技術(shù)內(nèi)容是否與進(jìn)場檢查結(jié)果相符。在確認(rèn)無誤的情況下要對包括碳纖維布、界面劑、結(jié)構(gòu)膠粘劑、聚合物砂漿、修補(bǔ)膠等加固材料按規(guī)范規(guī)定的抽樣數(shù)量進(jìn)行見證抽樣復(fù)驗(yàn)，材料送樣應(yīng)經(jīng)監(jiān)理工程師簽封，由專業(yè)送樣員送到有資質(zhì)的檢測單位進(jìn)行復(fù)試，復(fù)驗(yàn)不合格的材料和產(chǎn)品不得使用。為保證所用材料檢測檢驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性，未經(jīng)監(jiān)理單位見證取樣、施工單位或生產(chǎn)廠家自行抽樣、送檢的委托檢驗(yàn)報(bào)告無效。加固用混凝土中嚴(yán)禁使用安定性不合格的水泥、含氯化物的水泥、過期水泥和受潮水泥；結(jié)構(gòu)膠粘劑應(yīng)對其鋼——鋼拉伸抗剪強(qiáng)度、鋼一混凝土正拉粘結(jié)強(qiáng)度和耐濕熱老化性能等三項(xiàng)重要性能指標(biāo)以及該膠粘劑不揮發(fā)物含量進(jìn)行見證復(fù)驗(yàn)；碳纖維布應(yīng)對其的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、彈性模量和極限伸長率、纖維布單位面積質(zhì)量、碳纖維織物的K數(shù)；其他材料的復(fù)試遵照規(guī)范規(guī)定，復(fù)試合格后方可使用在加固工程中。
?。?）對于現(xiàn)場的準(zhǔn)備工作要做好一下幾點(diǎn)：首先是施工環(huán)境的要求，施工環(huán)境的溫度應(yīng)該符合結(jié)構(gòu)膠粘劑的產(chǎn)品使用說明書規(guī)定的溫度，未規(guī)定時(shí)應(yīng)按不低于15度進(jìn)行控制，場地應(yīng)在無粉塵、不受日曬雨淋和化學(xué)介質(zhì)污染的情況下實(shí)施。如果遇到大型廠房加固工程，在清理和加固同時(shí)進(jìn)行的情況下，要對清理和加固不同區(qū)域分別進(jìn)行封閉措施，防止清理打磨的灰塵污染到加固的工作面。其次是要拆遷原結(jié)構(gòu)上影響施工的管道和線路以及其他障礙、卸除原結(jié)構(gòu)上的荷載。需要注意的是，大部分加固工程都是在高處作業(yè)，高處作業(yè)是危險(xiǎn)作業(yè)，易發(fā)生高處墜落事故，所以要搭設(shè)安全支撐及工作平臺保證施工的安全，搭設(shè)的工作平臺要經(jīng)過驗(yàn)收合格后再開始施工，對于大型的加固工程，例如對原有大型廠房的加固，需要多次更換工作面，要多次搭設(shè)作業(yè)平臺，每次搭設(shè)完成后都要進(jìn)行工作平臺的驗(yàn)收，每次安拆都要有專人負(fù)責(zé)，保證施工過程的安全可靠。加固施工前，要熟悉周邊情況，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形、裂縫情況應(yīng)設(shè)專人進(jìn)行檢測，并做好觀測記錄備查。施工現(xiàn)場應(yīng)有良好的通風(fēng)條件，作業(yè)人員要佩戴防塵口罩或面具，高處作業(yè)要佩戴好安全帶和安全帽，要配備相應(yīng)的消防器材。
2. 原有結(jié)構(gòu)的打磨和修整
?。?）準(zhǔn)備工作完成后可以進(jìn)行現(xiàn)場的基層打磨清理工作了，基層清理打磨工作是碳纖維加固技術(shù)中非常重要的一項(xiàng)工作?；鶎忧謇聿桓蓛籼祭w維布和混凝土結(jié)構(gòu)就不能很好的形成一個(gè)整體，也就保證不了加固的承載力和彎拉強(qiáng)度，所以基層清理工作非常重要。清理一般采用手動磨光機(jī)和砂紙等進(jìn)行手動打磨，嚴(yán)禁使用大錘等破壞原有結(jié)構(gòu)的清理打磨。對于新構(gòu)件應(yīng)清除表面的塵土、浮漿，對于老構(gòu)件應(yīng)清除原構(gòu)件表面的塵土、浮漿、污垢、油漬、原有涂層、抹灰層或其他飾面層，混凝土構(gòu)件應(yīng)剔除其風(fēng)化、剝落、疏松、起砂、蜂窩、麻面、腐蝕等缺陷至露出骨料新面；對鋼構(gòu)件和鋼筋還應(yīng)除銹、脫脂并打磨至露出金屬光澤；對砌體構(gòu)件，尚應(yīng)剔除其勾縫砂漿及已松動、粉化的砌筑砂漿層，必要時(shí)，還應(yīng)對殘損部分進(jìn)行局部拆砌。當(dāng)工程量不大時(shí)，可采用人工清理；當(dāng)工程量程大或?qū)缑嫣幚淼木鶆蛐砸蠛芨邥r(shí)，宜采用高壓水射流進(jìn)行清理。
?。?）粘貼碳纖維布的工作面需要平整，不能有空洞和凸起， 那樣才能保證碳纖維布與原有結(jié)構(gòu)的粘結(jié)面積，從而保證粘結(jié)后的強(qiáng)度。打磨后露出骨料新面的混凝土加固粘貼部位，（特別是原有結(jié)構(gòu)有小的凸起部分一定要用手動打磨機(jī)打磨平整），需要先用界面劑（丙酮等）對粘貼的部位進(jìn)行清洗；而后應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行修復(fù)平整，并采用結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠對較大孔洞、凹面、露筋等缺陷進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原；對有段差、內(nèi)轉(zhuǎn)角的部位應(yīng)抹成平滑的曲面；對構(gòu)件截面的棱角，應(yīng)打磨成圓弧半徑不小于25mm的圓角。在完成以上加工后，應(yīng)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。 3. 碳纖維布加固的粘貼施工
?。?）碳纖維布施工作業(yè)過程不注意作業(yè)順序或作業(yè)時(shí)間、時(shí)機(jī)掌握不好，難以保證施工質(zhì)量，所以碳纖維布加固中最最重要的工序就是碳纖維布的粘貼施工。施工的先后順序和每一步操作的嚴(yán)格檢查控制是保證施工質(zhì)量的重點(diǎn)，也是充分體現(xiàn)施工完成后加固構(gòu)件強(qiáng)度、剛度、抗裂性和結(jié)構(gòu)的延性的核心所在。首先在修復(fù)完成的基層干燥后，注意原有構(gòu)件表層含水率不宜大于4%，且不應(yīng)大于6%是可以進(jìn)行下一步工序。對含水率超限的混凝土應(yīng)進(jìn)行人工干燥處理，或改用高潮濕面專用的結(jié)構(gòu)膠粘貼。達(dá)到以上要求后就可以進(jìn)行碳纖維布的粘貼工作了。
?。?）其次是施工前材料的配置和準(zhǔn)備，加固需要的膠液要按膠的使用說明進(jìn)行配置，拌合應(yīng)采用低速攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?；拌好的膠液色澤應(yīng)均勻、無氣泡，膠的配置要隨配隨用，不能多配。結(jié)構(gòu)膠凝結(jié)后很難清理，所以要用專業(yè)器具進(jìn)行配置，用完及時(shí)清理，以防止污染。碳纖維布按設(shè)計(jì)及現(xiàn)場情況進(jìn)行放樣剪裁。放樣時(shí)注意，現(xiàn)場使用的碳纖維布不能折疊，有折痕的要裁去不用，且布的纖維方向要同構(gòu)件的受力方向一致，不能裁錯(cuò)。裁完后要注意布不能隨地亂扔，避免布遭受污染。然后就是碳纖維布的粘貼了，粘貼順序是：先在基層上涂刷底膠，待底膠用手指感覺不粘手的時(shí)候也稱指干，檢查其表面若有凸起處，應(yīng)用細(xì)砂紙磨光，并應(yīng)重刷一遍。底膠涂完畢應(yīng)靜置固化至指干時(shí)，第一道工序算是結(jié)束。第二步將配制好的浸漬、粘結(jié)專用的結(jié)構(gòu)膠粘劑均勻涂抹于粘貼部位的混凝土表面上，然后將裁剪好的纖維布按照放線位置敷在涂好結(jié)構(gòu)膠粘劑的混凝土表面，碳纖維布應(yīng)充分展平，不得有皺褶；沿纖維方向，使用浸滿結(jié)構(gòu)膠粘劑漿液的特制滾筒在已貼好纖維的面上向一個(gè)方向多次滾壓，使膠液充分浸漬纖維織物，并使織物的鋪層均勻壓實(shí)，無氣泡發(fā)生。滾涂時(shí)用滾筒將碳纖維布沿纖維方向從一側(cè)推向另一側(cè)，滾筒只能向一個(gè)方向，不允許來回滾動，保證碳纖維布完全被膠液浸潤為止，如果檢查碳纖維布沒有完全被膠液侵潤，要重復(fù)以上操作直到符合要求為止，這一點(diǎn)非常非常重要。
（3）第三步粘貼完的碳纖維面自然晾至指干時(shí)要立刻進(jìn)行下一層碳纖維布的粘貼，粘貼方法同上，若延誤時(shí)間超過1h，則應(yīng)等待12h后，方可重復(fù)上述步驟繼續(xù)進(jìn)行粘貼，且應(yīng)在粘貼前用細(xì)軟羊毛刷或潔凈棉紗團(tuán)沾工業(yè)丙酮擦拭一遍，以清除不潔殘留物和新落的灰塵。第四步一般碳纖維布加固對于梁和大型屋面板板肋都設(shè)計(jì)有U型箍和壓條，U型箍和壓條的施工方法和普通的碳纖維布是一樣的，只是U型箍和壓條都是在受力碳纖維布的最外層，要注意壓條的位置和長度要符合設(shè)計(jì)要求，壓條的長度應(yīng)比封閉用的織物寬度至少大100mm。
（4）最后一層壓條的粘結(jié)牢固性要特別重要。最后一步，最外層纖維織物粘貼完畢，尚應(yīng)在其表面均勻涂刷一道浸漬、粘結(jié)專用的結(jié)構(gòu)膠，保證最外層布能充分固化。待最后一次結(jié)構(gòu)膠完全固化后，粘貼碳纖維布的施工就完成了。對于施工完成后發(fā)現(xiàn)有氣泡的地方可以采用注射膠液法將空鼓位置填實(shí)。
4. 和碳纖維配合使用的技術(shù)的簡要說明
?。?）在實(shí)際的工程中，為了結(jié)構(gòu)的需要，有的時(shí)候碳纖維布會和鋼板配合使用，下面就粘鋼加固的施工簡要進(jìn)行說明。和碳纖維加固配合使用時(shí)一般采用外粘鋼板加固，和碳纖維加固有區(qū)別的是外貼鋼板加固需要提前加工鋼板、箍板、壓條及預(yù)鉆孔工作。當(dāng)然，鋼板及錨栓的驗(yàn)收也是必不可少的。外貼鋼板有二種方法：第一種是采用壓力注膠法，粘鋼時(shí)，應(yīng)采用錨栓固定鋼板，固定時(shí)，應(yīng)加設(shè)鋼墊片，使鋼板與原構(gòu)件表面之間留有約2mm的暢通縫隙，以備壓注膠液。固定鋼板的錨栓，應(yīng)采用化學(xué)錨栓，不得采用膨脹錨栓在鋼板和混艇土上鉆制錨栓孔，應(yīng)先探明混凝土中原鋼筋位置，并在畫線定位時(shí)予以避讓。若探測有困難，且已在鉆孔過程中遇到鋼筋的障礙，允許移位2d （d為鉆孔直徑）重鉆，但應(yīng)用植筋膠將廢孔填實(shí)。鉆好的孔洞，應(yīng)采用壓縮空氣吹凈孔內(nèi)及周邊的粉塵、碎渣。第二種是直接粘貼鋼板法，拌好的膠液應(yīng)同時(shí)涂刷在鋼板和粘合面上，經(jīng)檢查無漏刷后即可將鋼板與原構(gòu)件混凝土粘貼，粘貼后的膠層平均厚度應(yīng)控制在Zmm～3mm。俯貼時(shí)，膠層宜中間厚、邊緣??；豎貼時(shí)，膠層宣上厚下薄{仰貼時(shí)，膠液的垂流度不應(yīng)大于3mm。鋼板粘貼后應(yīng)均勻布點(diǎn)加壓固定。其加壓順序應(yīng)從鋼板的一端向另一端逐點(diǎn)加壓，或由鋼板中間向兩端逐點(diǎn)加壓；不得由鋼板兩端向中間加壓。粘結(jié)完成后應(yīng)將粘接處固化24h后即可卸除加壓夾具及支撐；72h后可進(jìn)入下一工序。若養(yǎng)護(hù)溫
度低于15℃，應(yīng)按產(chǎn)品使用說明書的規(guī)定采取升溫措施，或改用低溫固化型結(jié)構(gòu)膠粘劑。
?。?）為了美觀期間，很多工程在完成加固工作后要進(jìn)行粉刷和裝飾工序，在裝飾工程與加固工作面上通常采用聚合物砂漿進(jìn)行粉刷，一方面聚合物砂漿與碳纖維布結(jié)合較好，另一方面聚合物砂漿比普通砂漿收縮量小，可以減少裂縫產(chǎn)生。聚合物砂漿的施工溫度和以上的其他材料差不多，唯一的區(qū)別是聚合物砂漿的施工最高溫度，改性環(huán)氧類或改性丙烯酸酯共聚物類聚合物砂漿，不應(yīng)高于35℃；對乙烯一醋酸乙烯共聚物類聚合物砂漿，不應(yīng)高于30℃。聚合物砂漿拌合只允許加入產(chǎn)品說明書上要求的干凈水量，拌好的砂漿，其色澤應(yīng)均勻，無結(jié)塊、無氣泡、無沉淀，并應(yīng)防止水、油、灰塵等混入，且應(yīng)隨伴隨用，最多可以拌制30min的砂漿用量。砂漿抹灰和普通抹灰工序相同，每道厚度不大于6mm，需要用力碾壓密實(shí)。后一道噴抹應(yīng)在前一道初期硬化時(shí)進(jìn)行，聚合物砂漿面層與原構(gòu)件混凝土之間有效粘結(jié)面積不應(yīng)小于該構(gòu)件總粘結(jié)面面積的95%。
?。?）加固過程中，每一道工序都需要進(jìn)行驗(yàn)收，保證每一道工序都符合要求，加強(qiáng)施工現(xiàn)場質(zhì)量管理，不但要有相應(yīng)的施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、健全的質(zhì)量管理體系、還要有施工質(zhì)量控制與質(zhì)量檢驗(yàn)制度以及綜合評定施工質(zhì)量水平的考核制度，只有這樣才能保證施工質(zhì)量的落實(shí)。結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量在施工單位自行檢查評定的基礎(chǔ)上，由參與該工程活動的有關(guān)單位共同對檢驗(yàn)批、分項(xiàng)、子分部、分部工程的質(zhì)量進(jìn)行抽樣復(fù)查，根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以書面形式對工程質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。
?。?）當(dāng)然了，施工加固工程還包括局部置換混凝土、混凝土工程外加預(yù)應(yīng)力、鋼構(gòu)件增大截面等好幾種加固種類，每類工程都有各個(gè)工程的技術(shù)要點(diǎn)和要求。但歸根結(jié)底加強(qiáng)質(zhì)量意識，履行隱蔽驗(yàn)收程序，做好過程控制，嚴(yán)格驗(yàn)收程序，才是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵。作為施工管理人員要時(shí)刻把質(zhì)量意識放在心中，做好技術(shù)交底和落實(shí)，把質(zhì)量當(dāng)成責(zé)任來承擔(dān)，才能保證工程的順利開展和最終的滿意效果。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，我們都需要不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步和探索，只有這樣才能趕上人類進(jìn)步的步伐。
