一、工程概況。某公司過濾車間廠房，始建于1981年，為3層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。由于使用年限過長,混凝土構(gòu)件出現(xiàn)表面開裂現(xiàn)象，曾用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)過。但近年來逐漸發(fā)現(xiàn)其梁、柱均發(fā)生了不同程度的損傷，梁、柱上裂縫明顯，許多裂縫寬度較大。此外，還發(fā)現(xiàn)梁、柱上多處鋼筋暴露且銹蝕嚴(yán)重。
　　二、檢測與計(jì)算結(jié)果分析
　　1、檢測結(jié)果。通過檢測和檢查發(fā)現(xiàn)，混凝土框架梁、柱現(xiàn)有強(qiáng)度為C25；混凝土碳化深度在25mm左右，已碳化至梁柱主筋；有部分柱混凝土保護(hù)層順筋裂縫較寬，鋼筋暴露且銹蝕嚴(yán)重，鋼筋銹蝕后斷面面積損失率約為8%；有部分梁混凝土保護(hù)層順筋裂縫較寬，鋼筋暴露且銹蝕嚴(yán)重，鋼筋銹蝕后斷面面積損失約為9%。
　　2、計(jì)算結(jié)果。荷載由原有設(shè)計(jì)院提供，其它荷載值按照現(xiàn)行規(guī)范，利用PKPM結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果表明，廠房第3層中間跨梁支座處負(fù)彎矩強(qiáng)度不夠；柱抗彎及抗剪承載力不夠，且不能滿足現(xiàn)有抗震規(guī)范要求；框架梁的撓度可以滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；框架梁的裂縫寬度不能滿足現(xiàn)行要求。
　　3、分析與結(jié)論。此廠房長期處于震動和污染環(huán)境，混凝土腐蝕開裂較快。當(dāng)混凝土裂縫至鋼筋后，混凝土保護(hù)層失去作用，鋼筋逐漸銹蝕。鋼筋銹蝕到一定程度，混凝土保護(hù)層順筋開裂，甚至導(dǎo)致混凝土保護(hù)層局部脫落，鋼筋外露，給框架結(jié)構(gòu)造成很大的危害。
　　通過上述分析可以得出該結(jié)構(gòu)主要存在兩大問題：一是部分構(gòu)件承載力不能滿足現(xiàn)行規(guī)范要求；二是腐蝕問題影響了結(jié)構(gòu)的耐久性。針對這個(gè)問題，需對結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固和修補(bǔ)。
　　三、加固方案選擇
　　根據(jù)計(jì)算及檢測結(jié)果，初步擬定加固方案有加大截面法、外包鋼套法及外貼碳纖維復(fù)合材料加固法。
　　加大截面法自重增加較大，如采用這種方法還需要加固基礎(chǔ)，對原結(jié)構(gòu)影響較大，施工周期長?？紤]到廠方要求加固施工過程中不能停產(chǎn)，故首先排除這種方法。
　　外包鋼套法取材方便，成本較低，施工簡單，但現(xiàn)場條件復(fù)雜，施工作業(yè)困難，而且該廠房處于腐蝕環(huán)境中。所以該方法也被排除掉，只能尋求耐腐蝕性強(qiáng)、施工簡便的加固方法。
　　碳纖維復(fù)合材料是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a、強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；c、自重輕（約200g/m2），基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣；d、施工簡便（不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟(jì)性好；e、施工工期短；f、用于補(bǔ)強(qiáng)加固時(shí)對原結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，加固修補(bǔ)效果及耐久性好，可以大大提高被加固構(gòu)件的抗彎、剪、扭、拉承載力和抗震性能，增強(qiáng)構(gòu)件的延性和剛度，改善構(gòu)件的受力性能等。
　　經(jīng)過分析比較，最終確定利用碳纖維復(fù)合材料加固補(bǔ)強(qiáng)方案，方案如下：
　　⑴柱：所有柱均需抗彎、抗剪及抗震加固。
　?、倏箯澕庸蹋貉刂闹鬏S方向粘貼玻璃纖維布，提高其抗彎能力。②抗剪加固：沿柱主軸垂直方向粘貼玻璃纖維布，由玻璃纖維布與柱箍筋共同承擔(dān)剪力，提高其抗剪能力。③抗震加固：在柱端一定長度范圍內(nèi)，沿柱主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布；在梁柱節(jié)點(diǎn)處，除沿柱主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布外，再附加交叉方向的玻璃纖維布。
　?、屏海壕植苛褐ё翱缰刑幮柽M(jìn)行抗彎加固，所有梁需進(jìn)行抗震加固。
　?、倏箯澕庸蹋貉亓旱闹鬏S方向粘貼玻璃纖維布，提高其抗彎能力。②抗震加固：在梁端一定長度范圍內(nèi)，沿梁主軸垂直方向加密粘貼玻璃纖維布。
　　 四、材料選擇。根據(jù)材料各種性能比較，本次結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)采用CFRP及粘貼結(jié)構(gòu)膠YZJ，其性能見表1、表2。
　　表1結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)用碳纖維材料L300-C主要性能指標(biāo)
　　表2粘貼CFRP用長江牌（YZJ）建筑結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能
　　五、計(jì)算方法
　　1、加固構(gòu)件抗彎計(jì)算
　　由文獻(xiàn)[4]得到的鋼筋直徑損失與順筋裂縫之間的關(guān)系公式（構(gòu)件中鋼筋平均直徑16?）。
　　△D=645.71*W+56.2（1）
　　式中，△D--鋼筋直徑損失（μm）；W--裂縫寬度（?）
　　根據(jù)文獻(xiàn)[3]中，鋼筋截面損失率與構(gòu)件承載力降低之間的關(guān)系，可推得到以下鋼筋截面損失率與構(gòu)件承載力降低公式：
　　六、施工方法
　　1、基底處理
　　a混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù),對裂縫進(jìn)行封堵和灌縫處理,將表面疏松混凝土予以清除，并用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)平整。
　　b混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。
　　c風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。
　　2、涂底膠
　　a將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，電動攪拌器均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間，一般情況下20-50mim內(nèi)用完。
　　b將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后（固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序施工。一般固化時(shí)間為6-24h。
　　3、找平
　　a混凝土表面凹陷部位應(yīng)用修補(bǔ)劑填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補(bǔ)劑填補(bǔ)，盡量減小高度差。
　　b轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用修補(bǔ)劑修補(bǔ)成光滑的圓弧，半徑不小于20mm。待修補(bǔ)劑表面指觸干燥后方可進(jìn)行下一步工序。
　　4、粘貼
　　a按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布。
　　b調(diào)配、攪拌粘貼材料粘結(jié)劑（使用方法與底膠相同），然后均勻涂抹于待粘貼的部位，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(yán)禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。
　　c粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結(jié)膠充分浸透碳纖維布；并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥方可進(jìn)行下一層的粘貼。
　　d在碳纖維布的表面均勻涂抹粘結(jié)膠。用工具反復(fù)沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。
　　e在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結(jié)膠。用工具反復(fù)沿纖維方向滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。
　　f碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm,各條帶搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開。
　　5、保護(hù)
　　a加固后的碳纖維布表面采用抹灰或噴防火涂料進(jìn)行保護(hù)。
　　6、質(zhì)量要求
　　a每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，并做好相關(guān)的驗(yàn)收記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)立即返工。
　　b施工結(jié)束后的現(xiàn)場驗(yàn)收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回音判斷粘結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)的現(xiàn)象，應(yīng)采用針管注粘結(jié)膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。粘結(jié)面積若少于90%則判定粘結(jié)無效，需重新施工。
　　c嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場的溫度和濕度。施工溫度在5－35℃范圍內(nèi)，相對濕度不大于70%。
　　七、施工效果
　　本工程施工工期20天，加固修復(fù)后投入使用一年，加固效果良好，沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題。
　　結(jié)束語
　　通過本工程實(shí)踐證明，碳纖維復(fù)合材料加固技術(shù)對于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固效果十分理想，在基本不增大梁的截面尺寸及自重的前提下，該技術(shù)在施工工期、材料耐久性、施工質(zhì)量等方面均達(dá)到了要求，其綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益良好，具有較大的推廣使用價(jià)值。