碳纤维在建筑石材幕墙翻新中的应用

主题词：碳纤维、石材幕墙、翻新、真石漆

一、背景情况

东城区某项目是 2006 年 10 月开工建设 2008 年 9 月竣工的办公楼项目，项目总建筑面积约31360 平方米，地上14 层，地下5 层，檐口底标高为59.2 米，外墙饰面为樱花红花岗岩及局部玻璃幕墙，面积约为 2.4 万平方米。众所周知，花岗岩表面存在的的孔隙会吸收大气中的水蒸气和有害物质，表面容易受到污染。不定期的清洗和维护的缺失，会加速其暴露于空气中的时间，导致更严重的污染问题；同时，受霉菌影响也会导致其表面长期黑色或绿色导致外墙石材积累污垢和杂质，影响外观。

项目使用至今已有近17 年之久，项目在使用过程中由于外墙清洗、防水封闭及维修不到位导致石材表面污染严重且原色缺失严重，本为樱花红现基本为黑白色；经过某外墙清洗单位现场勘察，按照常规清洗方法配备全能清洁剂也仅能将表层污染清理部分，石材孔隙内部的污染也无法清除，清洗后仅石材表面对比清洗前明亮一些、光泽一些，为恢复原石材幕墙美观、高端质感及项目的价值属性，根据调研、谈论、分析、比选、模拟等方法，最终决定采用碳纤维 + 真石漆的方法进行石材表面质感恢复。

二、方案比选

项目所处的地理位置独特，周边政务、办公、住宅林立，由于外立面过于陈旧导致项目毫无存在感；方案团队经过周边考察对比及以往的设计经验，在讨论如何能恢复原石材美观、高端质感时，主要拟采取的方案有三种，具体讨论方案为，方案一常规方案，拆除原有石材及内部保温（原外墙保温材料及施工做法符合当时规范要求，不能满足现在规范要求），重新施工保温及石材；方案二清洗原石材表面污渍，同时检查原石材表面有无破损、胶缝有无收缩开裂变形等情况，然后再原有石材表面按照类似颜色真石漆做法进行一层真石漆面层施工；方案三清洗原石材表面污渍，同时检查原石材表面有无破损、胶缝有无收缩开裂变形情况，然后再原有石材表面涂刷碳纤维，待干燥后按照类似颜色真石漆做法进行一层真石漆面层施工；具体方案比选情况如下表：

由于项目处于首都核心区，周边人员流动密集，且建筑垃圾清运困难，为降低安全隐患（原外墙保温材料按照当时规范要求满足要求但是对于现在要求已经算是 B2-B3 等级的保温材料，如果施工不当极易导致火灾情况出现）、保证原项目工作人员能够正常出入上下班同时考虑施工成本与工期要求，综合上述方案比选情况同时经设计院进行受力计算（石材强度校核、石材剪应力校核、挂钩剪应力校核等），经讨论决定采用方案三对原有石材幕墙进行翻新处理，此种方案虽不能体现原有石材的高端、大气特性，但能够以低安全系数、低运营成本（真石漆外墙清洗较石材幕墙清洗简便、造价低）、高美观度等继续使用运营。

三、碳纤维材料介绍

本项目采用某品牌 T700 系列 200g/ ㎡单向织物（CR12U-200Z）材料，该系列产品是由 T700 级别的碳纤维与热熔丝编制而成，与配套碳纤维胶水使用，可构成性能卓越的碳纤维布片材增强体系，具有碳纤维的强度高、耐腐蚀、耐老化等特点，又具有布的“柔性”特性，可裁剪，易盘绕弯曲； 200g 碳纤维布抗拉抗剪、抗震、耐久性好，广泛应用于航空航天、军工、高端体育器材等领域，其基本物理性能和纤维物理参数详见下表：

同时选择合适的胶粘剂也至关重要，以确保粘接强度、耐环境性和长期稳定性，下图为部分胶粘剂的选择参数对比：

四、应用过程介绍

由于原石材幕墙年久未清理，导致表面灰尘堆积污染严重，同时樱花红的质感已不复存在，局部出现了打胶开裂情况，为确保基层的粘接性及完整性；项目首先对原有石材幕墙使用全能清洁剂进行整体清洗，待清洗完成干燥后，项目安排专业幕墙单位人员进行原有石材幕墙全方位的结构检查包括石材有无断裂、胶缝是否完整、石材拼接有无错台等情况进行排查整改，期间共发现石材断裂情况 2 处，胶缝存在开口、断裂情况17 处，石材拼接存在错台2 处等，对上述问题先进行维修处理；维修完毕后进行碳纤维加固材料施工，主要施工过程为配置碳纤维浸渍胶，裁剪碳纤维布，涂抹碳纤维浸渍胶，将裁剪好的碳纤维布贴在混凝土上面，二次进行滚涂碳纤维浸渍胶，静置养护，重复上述步骤，直至铺贴 4 层碳纤维布为止；待表面处理完毕后→刮涂防潮腻子两遍→滚涂抗碱底漆→分格缝弹线→涂刷分格缝漆→分格缝二次弹线→贴分格缝美纹纸→喷涂真石漆→真石漆打磨→撕揭分格美纹纸→分格缝处理→滚涂防尘罩面漆；此加固翻新过程基本完成。

五、碳纤维与真石漆粘接性分析

为确保碳纤维与真石漆的有效结合，需要对碳纤维表面进行清洁处理以防表面残留有油污、灰尘、脱模机等杂质，这些杂质会在碳纤维和真石漆基层腻子间形成隔离层，阻碍腻子与碳纤维的有效接触和粘接；同时需要考虑材料兼容性问题，碳纤维浸渍胶与腻子是否兼容，碳纤维加固过程中使用的浸渍胶和后续涂抹的腻子可能不兼容。浸渍胶的成分如果与腻子的成分相互抵触，会导致两者之间无法形成良好的粘结。比如，浸渍胶中的某些化学成分可能会阻止腻子中的粘结剂与碳纤维表面发生化学反应，从而降低粘结力。使用不同品牌或者不同型号的碳纤维材料、浸渍胶和腻子，由于它们的配方和生产工艺不同，可能会出现不兼容的情况。即使这些材料各自的性能都符合标准，但组合在一起时可能无法达到预期的粘结效果。

六、结构鉴定

项目施工完毕后，为确保楼栋结构整体的安全性，委托国检单位对现有结构进行全面安全性鉴定，经过现场实验与数据分析，鉴定结果满足要求。

七、鉴定结论及处理建议

鉴定结论：

根据现场检查、检测及计算结果，依据现行《危险房屋鉴定标准》（JGJ125-2016）进行房屋危险性鉴定，结果为：

险性等级为A级房屋状态-无危险构件，房屋结构能满足安全使用要求。

处理建议：

1、使用人及所有人应定期对建筑进行检查、维护。若发现有异常情况，如结构构件出现倾斜、变形等异常情况，应及时采取安全措施进行处理并报告有关部门，以确保安全。

2、使用过程中如使用功能或荷载发生变化，必须征得设计单位或鉴定单位同意。

（本页以下无正文）

七、应用前景展望

随着 90 年代石材幕墙的兴起至今已有 35 年的使用周期，花岗岩使用 20-30 年后虽仍能保持较好外观，但表面可能轻微褪色或变暗；胶缝老化、石材微裂纹增多，导致雨水渗透，可能引发内部结构腐蚀（如钢龙骨锈蚀）；挂件锈蚀或胶粘剂失效后，石材板块可能坠落，威胁安全；目前初期的石材幕墙在一定程度上存在部分隐患，为确保原有建筑物的美观性、安全性、耐久性、经济性，石材幕墙的表面翻新将是未来10-20 年的主要研究课题，此项目碳纤维加固翻新的的成功案例也会对上述问题的石材幕墙作为一个可行性参考方案。

撰稿：，牛希德日期：2025 年 6 月 5 日

参考文献：

1、《既有建筑鉴定与加固通用规范》GB 55021-2021；

2、碳纤维加固技术及工程应用 ，颜海平；

3、《金属与石材幕墙工程技术标准》 JGJ 133-2023 ；

4、《建筑结构加固工程施工质量验收规范》GB-50550-2024

5、《碳纤维强度标准》 GB/T 13765-2017