1概述
随着城市更新及广大人民的需求，在城市规划中，需将原建筑改造为新的建筑功能，同时考虑人文保护、原有风貌保留等因素，改造时需尽可能的减少对外立面风貌的改变。而为保证改造后结构承载力可以满足新的建筑功能需求，需要对原结构进行加固施工。
常用的结构加固方式包括增大截面及包钢加固，其施工步骤繁琐，对建筑物内部空间尺寸、外部立面线条有一定程度的影响，且施工的人工费成本高昂。
而碳纤维加固由于其抗拉强度高，使用较薄的厚度及可达到包钢加固、增大截面加固的效果，施工简易，且对原结构外形尺寸影响小，可以最大程度的保留原建筑风貌。
2施工技术概述
2.1碳纤维加固特点
碳纤维加固分为碳纤维板加固及碳纤维布加固，运用碳纤维板布轻质高强的特点可以较大程度的解决搭接问题，减轻结构自重，提高构件的承载力，增强加固的抗震性和抗蠕变性能。
较传统增大截面加固、包钢加固，碳纤维板布施工简便，易于操作；工序方便，板布允许交叉，节省了施工工期。
碳纤维板厚度为2mm、3mm，碳纤维布厚度为0.167mm，两层碳纤维布的抗拉强度等同于5mm厚钢板的抗拉强度，2mm厚的碳纤维板抗拉强度等同于5层碳纤维布的抗拉强度。
梁板加固根据加固需求可采用碳纤维板加固或碳纤维布加固，设计时根据施工便捷性考虑，当加固所需碳纤维布大于等于5层时，则选用碳纤维板加固，柱加固采用碳纤维板与碳纤维布组合加固。
便于随构件原形贴附，不改变构件断面尺寸，保持结构原状，对原有建筑风貌影响程度小，外形美观。
2.2工艺原理
碳纤维板布是在工厂生产时预浸渍，碳纤维丝经环氧树脂粘结成一体，形成碳纤维板布，可充分保证碳纤维丝的浸渍质量，确保碳纤维丝能够同步作用。因此，在工艺上碳纤维板布是用配套的碳纤维板布专用树脂直接粘贴在加固构件的基面上。碳纤维粘贴胶与碳纤维浸渍胶不同，需要一定的粘稠度，其粘结性好，不流淌，与基面的渗透力强。碳纤维粘贴胶每次用量6~8kg/㎡，将碳纤维板布用专用粘结树脂作为粘结剂，沿受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在受损构件表面，粘结剂初凝时间为1~3h，作为它们之间的剪力连接媒介，形成新的复合体，让碳纤维板布和结构共同受力，增大结构的抗裂性能和抗剪性能，也可以提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。碳纤维加固系统能简单方便的对碳纤维板布施加预应力，大大提高碳纤维板布的强度利用率，增加结构强度和刚度的同时，减少结构的挠度变形，并减少和封闭裂缝。碳纤维材料弹性模量与钢筋相近，但强度是钢筋的5倍，因此碳纤维材料发挥其强度时变形较大。钢筋屈服或混凝土破坏时，碳纤维的强度还没有充分发挥出来，可极大程度提高钢筋混凝土梁、板的预应力损失补偿等。
2.3经济效益
根据结构的加固需求进行碳纤维板加固、碳纤维布加固选择，当碳纤维布加固需要五层及以上时，选用碳纤维板加固。
碳纤维布与传统包钢及增大截面相比，碳纤维布施工更加便捷，且在厂家提前完成了浸渍，现场施工大幅度节约了施工工期和人工。以包钢加固举例，两层碳纤维布等同于5mm钢板，每平米两层碳纤维布费用投入560元，每平米碳纤维布的施工工期为0.6天，每平米5mm钢板费用投入780元，每平米5mm钢板施工工期为0.7天。
以某工程加固工程量进行对比，如下：
表1 碳纤维布加固与包钢加固经济效益分析表
在碳纤维布与碳纤维板加固中，2mm厚碳纤维板等同于5层碳纤维布，每平米碳纤维板费用投入1188元，每平米2mm碳纤维板的施工工期为0.6天，每平米5层碳纤维布费用投入1400元，每平米5层碳纤维布施工工期为0.8天。
表2 碳纤维板加固与碳纤维布加固经济效益分析表
通过应用碳纤维加固技术，并且在碳纤维板、碳纤维布加固选择中根据加固需求及配置优化，人工费、材料费投入降低共计380808+274224=655032元。
3碳纤维加固工艺流程
3.1工艺流程
图1 工艺流程图
3.2操作要点
3.2.1 搭设操作架
3.2.1.1在需加固构件的两侧搭设门式架做为施工时的操作架体，满足施工条件的同时节约了施工的时间。
3.2.1.2操作架体底部应平整坚实，架体设置连续剪刀撑，顶部设置拦腰杆。
3.2.2 卸荷
3.2.2.1卸荷时采用反向卸荷方法，运用千斤顶对构件反向施加力，以抵消或降低原有构件作用效应。
3.2.2.2对构件正上方的地坪或楼面进行清理，在梁板构件采用钢柱+千斤顶对构件施加反向力，进行卸荷。
3.2.3 基底处理
3.2.3.1凿除混凝土表层的剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化部位，并进行修复。
3.2.3.2对裂缝部位应先进行压力灌浆后封闭处理。
3.2.3.3将构件表面的浮浆、油污等杂质去除，将构件基面打磨平整。
3.2.3.4将构件表面清理干净，并用丙酮擦拭干净,保持干燥。粘贴前应保证基面含水率不超过6%。
3.2.4 找平
混凝土表面凹陷部位应用修补胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用修补胶填补，尽量减小高度差。
3.2.5 涂粘结树脂
3.2.5.1目前，结构加固用粘结剂基本上为甲乙双组分，使用前需进行现场质量检验，合格后方能使用；结构胶按照产品技术说明的要求进行配置和使用。将甲、乙两组分倒入干净容器，容器内不得有油污，进行人工搅拌，搅拌至色泽完全均匀为止。
3.2.5.2碳纤维板布需要粘贴的一面清理干净，如果需要多层黏贴，另一面也需要清理干净.
3.2.5.3碳板加固时在碳板粘贴面上进行涂胶，胶层厚度应尽量均匀，且应两侧薄、中间厚，涂料量约2～3mm；碳布加固时，在混凝土上进行涂胶，胶层厚度应尽量均匀。
3.2.6 粘贴
3.2.6.1按实际需求长度剪裁碳纤维板布，宽度一般按照材料出厂时的宽度进行使用。
3.2.6.2碳板加固时，将碳板托起与混凝土面进行粘贴，然后使用橡皮滚筒沿纤维方向对碳板适当加压，直至碳板边缘有胶体溢出为止。碳板四周挤出的胶液应随时清理干净，边缘欠胶处要补胶。
3.2.6.3碳布加固时，梁碳布为沿宽度方向弯折，黏贴时应采取木条夹具等方式，避免碳布在固化前发生变形等问题出现。必须采用刮板，从一个方向向另一个方向刮，严禁来回反复。直至粘结剂均匀，没有气泡为止。
3.2.6.4如果需要平行粘贴两条碳纤维板布，两条碳纤维板布之间的空隙应不小于5mm；如果需要粘贴两层碳纤维板布，应及时进行，否则应及时对上一层板布表面进行清洁；
3.2.6.5固定与加压：梁加固碳板粘好后，应立即用特制U形夹具夹紧或用支撑顶撑固定，并适当加压，以使胶液刚从钢板边缘挤出为度。用于固定的U型夹具或支顶措施，应在胶体固化后方可拆除。
图2 梁加固图
图3 屋面板加固图
图4 框架柱加固图
3.2.7柱加固顶部碳板锚固
3.2.7.1根据设计图纸，柱加固的碳板需伸出屋面不小于800mm，并增设柱墩用于锚固碳板。
3.2.7.2碳板锚固采用专用锚具，锚具采用实心铝合金材质，锚具预留固定螺杆孔及后塞板、碳板孔。
3.2.7.3锚具设置于距离屋面板550mm处，先将M24螺杆插入锚具内，顶部底部均采用双螺母固定，再将螺杆植入混凝土楼板及屋面板下框架柱，植筋深度不小于15d。
3.2.7.4碳板插入锚具预留的后塞板、碳板孔内，再将后塞板塞入孔洞，后塞板与碳板接触面为细锯齿状，增强摩擦力，且上大下小。
3.2.7.5后塞板嵌入时，需注意敲击力度，不宜过大，避免损坏碳板，同时在锚具下方设置临时支撑，避免敲击使锚具下落造成松动。
3.2.7.6屋面柱墩浇筑完成后，碳板位于柱墩表面，采用聚合物防水砂浆进行抹灰保护。
图5 屋面碳板锚固
图6 铝合金锚具平面图
5.2.8 表面保护
对需要进行装饰、防火要求的部位，加固后的碳纤维板布表面采取抹灰或喷防火涂料进行保护处理，对有防水要求的部位，加固后的碳纤维板布表面采用聚合物防水砂浆进行保护处理。
5施工技术优劣势分析
本施工技术的优势在于碳纤维加固原材在工厂内加工，在现场根据需求进行裁切，避免材料浪费，废料产生少，两层碳纤维布的抗拉加固效果等同于5mm厚钢板，相对于传统包钢加固、增大截面加固，降低了钢材切割时的环境污染，减少了剔凿加固的粉尘产生，环境污染小。在实际施工中，施工效率高，加固效果好，缩短了工期，对后续装饰施工的影响程度小，最大程度的保留了原有建筑的风貌
碳纤维因其优良的抗拉性能，适用于需提高抗拉性能的结构构件加固，但对于需增强抗剪切性能的构件，碳纤维加固则不可以完全适用，部分部位可通过改变碳纤维粘贴方向的方式改变加固的碳纤维的受力方向。
6结语
该技术使用具有优良的抗拉性能的碳纤维布、碳纤维板作为结构加固用材，使用较薄的厚度即可满足结构加固需求，减少增大截面、包钢加固的使用量，最大程度的避免对原结构外形尺寸的改变，且粘贴便捷，施工简易，提高施工效率，降低施工成本，施工效益明显，有利于既有建筑改造施工的进一步实践应用，具有一定的推广价值。
参考文献
①李加林.碳纤维布加固混凝土梁受力性能参数分析.《陶瓷》，2024年06期：210-212.
②宁海永.结构加固技术在房屋建筑施工中的应用.《住宅与房地产》，2021年24期：213-214.
③尚思同.碳纤维加固混凝土梁技术的对比研究.《山西建筑》，2020年23期：94-96.
第一作者：高阳，项目技术部经理，助理工程师，1074420785@qq.com
