破坏形式对碳纤维加固工程施工质量的评价.doc

破坏形式对碳纤维加固工程施工质量的评价通过回顾检测规范的演进过程和分析检测资料，提出应主要通过破坏形式对碳纤维加固工程的施工质量进行评价，而将粘结强度作为参考。 1引言碳纤维片材是碳纤维布和碳纤维板的统称，是目前混凝土结构加固工程的常用材料之一，其强度是钢材的近十倍，而重量却仅为钢材的20左右，正是由于其高强度重量比和优良的耐腐蚀性而受到世界各国学者和工程界人士的广泛关注，特别是近年来，随着碳纤维的技术革新，大幅度降低了材料的制造成本，工程用量增长迅猛，而其施工质量也同时倍受关注。2检测规范的演进过程为了因应业内对碳纤维加固工程施工质量判定的需要，湖南湖大土木建筑工程检测中心率先开展了碳纤维片材加固混凝土结构工程施工质量现场检测的研究，并于2002年8月第一次在湖南省内对碳纤维加固施工质量进行了现场检测。从2002年8月到2003年5月，我们依据当时的标准粘贴碳纤维增强复合材料加固混凝土工程施工与验收暂行规定(修订本)进行现场检测，此标准由建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会于2002年6月颁布，其对施工质量合格的判定依据是：在正拉粘结强度试验中，破坏形式正常，且粘结强度不小于atftk，其中ftk为混凝土抗拉强度标准值，at为检验系数，取值范围在1.01.2之间。2003年5月，中国工程建设标准化协会颁布了碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS 146:2003，该标准的主编单位是国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心。根据该规范对施工质量验收的规定，碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可先用小锤轻敲或手压片材表面的方法定性检查，而定量则需通过现场正拉试验检验。在正拉试验中，若组内所有标准块的破坏形式均为混凝土破坏，则为合格：若破坏形式为层间破坏或碳纤维片材破坏，但粘结强度平均值不小于2.5MPa，且单个最小值不小于2.25MPa，则也是合格，其它情况为不合格。2006年6月，建设部和国家质监总局联合发布了混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006)，并于2006年11月开始实施。该规范由四川省建筑科学研究院主编，其对正拉试验合格的规定是破坏形式正常(即混凝土内聚破坏)，且粘结强度不低于该规范相应指标的要求。但该规范并没有明确现场正拉粘结强度指标的要求，目前普遍的认识是不小于混凝土轴心抗拉强度标准值，且最低不小于1.5MPa，这种认识尚需在后续配套规范中明确。从三个规范的演进过程可以看出，碳纤维加固工程施工质量的评价标准是动态的，其中破坏形式必须是混凝土内聚破坏已经得到各方共识，但粘结强度指标却有一个从严到松再到稍严的过程。为了全面了解笔者所接触各碳纤维加固工程的实际情况，为实施混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006)及其后续配套规范做好准备，我们统计了本中心2002年以来34个碳纤维加固工程共121个标准块的检测结果，详见表1，并进行了初步分析。3施工质量的初步统计分析从检测结果可以看出：1混凝土内聚破坏作为碳纤维加固工程质量的主要评定标准，是碳纤维粘贴材料和施工的基本要求，在使用合格材料和正常施工条件下是很容易做到的。我们统计的结果涉及6种品牌的粘贴胶粘剂和8种品牌2种型号的碳纤维布，其中破坏形式为混凝土内聚破坏的比例为89.3。但在检测中有13个标准块(占总数的10.7)出现了非正常破坏，根据调查，其主要原因在施工方，具体表现在：(1)冬季施工，胶粘剂粘度较高，施工人员在没有将胶粘剂AB组分充分混合均匀的情况下粘贴碳纤维布；(2)个别施工人员贪图较快的施工进度，没有对胶粘剂AB组分的配合量进行准确计量，而是通过经验进行大致配比，导致配合比例出现严重偏差；(3)混凝土表面处理措施不当。按照一般的施工程序，在粘贴碳纤维之前，应将被补强的混凝土面层粉刷层和松动部分彻底消除后打磨，表面凸出部分用切割机或砂轮机修平；若混凝土存在裂缝，应先灌注封缝后粘贴碳纤维；混凝土表面要求洁净、干燥、无油污，若表面有渗水，应先做疏水、止水和干燥处理，将表面用丙酮或酒精擦拭干净后粘贴碳纤维。但有个别工程，施工人员没有对基材混凝土表面进行打磨或者打磨的深度不够，从而导致出现非正常破坏。在实际检测过程中，对第(1)、(2)种情况，用手触摸固化后的胶粘剂，往往有粘手仿佛没有完全固化的感觉，对第(3)种情况，胶粘剂完全固化，但用正拉粘结强度检测仪将标准块扯下后，却发现胶结面只有很薄一层浮浆。2正拉粘结强度实测值有一定程度的离散性；平均值随着混凝土强度等级的提高有增大的趋势，但区分度并不高，且普遍在基材混凝土轴心抗拉强度标准值附近。我们的统计涉及到从C15C40六种混凝土强度等级共121个样本的实测数据，除C15外，其它等级的混凝土其正拉强度平均值均略高于轴心抗拉强度标准值，具体分布见表2。对于这个统计结果，我们有以下几点认识供大家讨论：(1)浅层混凝土缺陷的分布有很强的随机性。一般认为，在正拉试验中出现混凝土内聚破坏，是因为混凝土内部不可避免地存在微观上的初始缺陷(如裂纹、孔隙、夹层等)，内聚破坏的实质是在荷载作用下，这些初始缺陷产生不稳定扩展而形成破坏面。在试验过程中，破坏面都发生在浅层混凝土，且形状近似”碗”状。作为破坏面开始点的缺陷，特别是浅层混凝土的缺陷的分布具有随机性，所以实测的粘结强度的离差系数值在0.330.45之间，相对较高。(2)浅层混凝土实际强度和试验方法较显著地影响到实测强度值。在对外检测以前，我们曾在实验室里进行了大量的模拟试验，在粘结强度(混凝土内聚破坏)与混凝土轴心抗拉强度标准值的比较方面，与实际工程检测结果相比要好很多。我们可以从浅层混凝土实际强度和试验方法对实测结果的影响来解释这个情况。第一，实验室所用基材较小，振捣充分，而现场混凝土受施工条件(如模板、振捣)的影响，同样配合比的混凝土其浅层实际强度往往较实验室的要低：第二，混凝土构件往往是使用了较长时间以后才需要加固，外界环境的长期影响能严重降低混凝土表面质量；第三，现场试验有时候受条件限制，在标准块的实际尺寸、切缝深度、垂直度、仪器施力方向与基材表面的垂直度等方面与标准有一些偏差，这种偏差在标准块直径只有40mm的情况下往往会得到放大，而在实验室里，可以有条件做到在一定程度上控制这些偏差。从表2看出，在所有标准块的粘结强度检测值中，大于混凝土轴心抗拉强度标准值的比例为71.9，这个比例是偏低的，因为如果按照混凝土结构加固设计规范(GB50367-2006)，将有28.1的标准块被判定为不合格。实际上，这只是单个标准块的统计值，因此，将会有更高比例的碳纤维加固工程施工质量被判定为不合格。(3)粘结强度问题亟待各方重视碳纤维与混凝土基材良好粘结是它们共同工作的基础，但粘结强度达不到混凝土轴心抗拉强度标准值并不意味着工程面临较高的风险，本文的目的是提请各方关注到这个问题：首先是因为粘结强度过低，有一定比例的工程其加固效果将打折扣；其次是在因为粘结强度达不到要求而被判定为不合格时，应合理地划分责任，否则这会导致出现各方利益纠葛的死结，加固方按规程认真施工，却因为浅层混凝土缺陷达不到规范要求而不愿承担责任，主体施工方通过回弹或钻芯取样检测得到混凝土质量合格的结论又将责任推卸给加固方。4结论及对碳纤维加固工程施工质量进行合理化评价的建议根据以上讨论，对碳纤维加固工程的施工质量进行评价，我们提出以下几点建议：(1)以破坏形式正常为主要评价指标，粘结强度作为参考。(2)如粘结强度值小于基材轴心抗拉强度标准值，应约请设计、检测等相关各方分析原因，进行安全评估，而不宜直接判定为施工质量不合格，如实测值远小于要求，浅层混凝土质量确实较差，应改换其它的加固方法。实际上，在确定加固方案以前，即进行混凝土回弹或抽芯取样检测时，应增加既有混凝土质量检测项目，以免造成损失后再更改设计方案。(3)就浅层混凝土质量(特别是抗拉强度)评价深入开展科研，通过大样本分析得到更合理的统计规律。