關于碳纖維加固技術在市政工程應用領域的研究

郭 曉 紅

(忻州市市政工程管理處，山西 忻州 034000)

0 引言

市政工程的使用年限較長，部分工程存在因設計載荷標準過低而造成的遺留問題。同時部分市政工程的使用環境也較為復雜，在長期使用的過程中，其混凝土梁柱也會出現承載力下降的問題。碳纖維加固技術是起源日本的工程修繕技術。其主要作用是提升混凝土的承載力與強度。使用該技術，可使我國市政工程的維修成本得以降低，其耐用性也將得到加強。因此該技術的應用領域極為廣泛。

1 碳纖維加固技術的主要特征

碳纖維加固技術，是利用碳纖維布捆綁混凝土梁、柱，從而實現承重加固的修繕措施。其主要特征有四個方面:其一，碳纖維加固技術的拉伸強度更高。外包鋼加固法是加固混凝土的傳統方法，其技術邏輯是利用鋼材的強度增強混凝土抗拉強度。碳纖維布是采用復合材料制作的加固材料，其抗拉強度可達到7.0 GPa，是普通鋼材的12倍。其二，碳纖維加固技術的抗腐蝕性更強。市政工程中的地下建筑較為常見，在潮濕、酸性高的環境下，鋼材等加固材料極易受到腐蝕，因此其使用范圍受到了較大的限制。碳纖維加固技術并未使用金屬材料，因此其具有較強的抗腐蝕性，并可在充滿化學氣體的環境下長期使用。其三，該技術可實現無縫隙加固。鋼材金屬類加固材料的彎曲度較差，拐角、凸起等部位極易出現縫隙。碳纖維布是柔性材料，因此其可應對復雜的建筑結構，從而使建筑物的受力更加均勻。其四，施工流程更加便捷。碳纖維材料的占地面積較小并且重量較輕，因此其搬運過程不需要耗費過多的人力。同時碳纖維材料不需要提前塑型，因此其操作設備較少，施工人員可以三人為一小組。

2 碳纖維加固技術在市政工程中的常見問題及預防措施

2.1 碳纖維加固技術在市政工程中的常見問題

碳纖維加固技術在市政工程中的常見問題主要有四個方面:首先，是碳纖維加固材料的質量標準不合格。這一問題主要來自于采購環節，碳纖維加固技術是一種補充性修復措施，部分施工單位對于該措施的重視程度不足，以致價格低廉或前期施工存留的材料也得到使用。其次，是混凝土表面打磨不規范。打磨混凝土表面，是該項施工中的重點環節。表面不均勻將使碳纖維與混凝土表面出現縫隙，這一問題不僅會降低整體的抗拉強度，也會使碳纖維布在長期使用的過程中出現開裂。在結構復雜或操作空間狹小的環境下，施工人員更易出現打磨不均勻等問題。再有，是膠體配比、攪拌不合格。混凝土的裂縫處需要填充膠體，其表面也需要涂抹粘貼劑，這部分膠體都需要均勻調配、攪拌。但部分設備不全的施工現場極易在這一環節出現問題。最后，是碳纖維布受損。碳纖維布的拉力部分來源于其整體的張力，因此碳纖維布的邊緣都得到了強化處理。若在施工或搬運的過程中出現橫向破損，將使其拉力受到破壞。

2.2 碳纖維加固技術常見問題的預防措施

在具體的施工中，施工單位應對常見問題予以足夠的重視，并制定有效的防范措施。首先，針對施工材料不達標的問題，市政工程的駐地甲方代表，可通過甲方指定采購的方式，促使施工單位采購合格的施工材料，從而使施工質量得到保障。其次，針對混凝土表面打磨不合格的問題，施工單位應當對施工人員進行嚴格的崗前培訓，并對拐角處等結構復雜的表面進行集中檢查。再有，針對膠體配比、攪拌不均勻的問題，施工單位可購置中型攪拌機，并要求技術人員在現場進行調配，通過這樣的方式該項施工的技術標準將得到提高。最后，針對碳纖維布的損傷問題，施工單位應制定嚴格的拆包制度與存放制度。例如，碳纖維布只能在施工現場拆包，纏裹的過程中也應當得到輔助人員的協助以避免出現劃傷。

3 碳纖維加固技術在市政工程中的施工流程

3.1 前期準備

碳纖維加固技術的前期準備主要分為三個部分。一是承重分析。在這一過程中，設計人員將依據國家標準，對市政工程的載重量進行計算，從而確定施工圖紙與技術要求。二是進場交底。在這一過程中，施工單位將攜主要技術人員與設計部門進行交接，并制定施工計劃。三是材料與設備進場。施工材料主要包含碳纖維布、混凝土裂縫填充物(膩子或膠體等)、粘合劑，膠帶等。施工設備主要有角磨機、滾刷、攪拌器、切割機、砂紙等。

3.2 打磨混凝土表面

打磨混凝土表面，是極為關鍵的施工環節。在施工中，施工人員首先要確定表面基線，并以此為基準利用角磨機對表面凸起物進行處理。針對拐角等復雜結構，施工人員可利用砂紙等工具進行手動清除。在混凝土表面平整后，施工人員可利用清洗劑對其進行二次處理。混凝土表面存在較多的顆粒，這部分顆粒將對碳纖維布的粘貼帶來負面影響。

3.3 填充混凝土裂縫

混凝土表面通常會存在一些裂縫，在涂刷底漆前要對其進行處理。針對缺損較為嚴重的部分，施工單位可利用膩子進行表面修補，在具體的使用中也可增加固化劑，以提升膩子的凝固速度。

針對小于0.2 mm的裂縫，施工單位可利用環氧樹脂進行表面密封。而超過0.2 mm的裂縫可利用環氧樹脂膠填充。之后，施工單位應當對填充表面進行打磨、清洗。

3.4 涂刷底膠

涂刷底膠通常要在-5 ℃以上的溫度環境下進行，其具體的涂刷方式可依據材料的不同分為三種。其一是bayashi-Mitsubishi法，該方法需要在混凝土表面涂刷底漆，并在修復加固結構的表面涂刷樹脂漆。此種方法適用于Repiark碳纖維布，在粘貼時也要在布內側涂刷樹脂。其二是Mbrace法，該方法需要在混凝土表面涂刷Mbrace底漆，并再次涂刷浸漬劑。而Mbrace碳纖維布可直接粘貼紙至涂料表面。其三是SIKA法，該方法需要在混凝土表面涂刷Sikadur粘結劑，并將碳纖維條涂刷環氧樹脂。之后應在24 h內對其進行固定。

3.5 粘貼碳纖維布

在粘貼碳纖維布的過程中，施工人員應當將碳纖維布的切割長度限制在6 m以內，以減少纏裹過程中造成的損害。部分需要涂刷膠體的粘貼方式，應預留寬敞通風的存放處。在切割的過程中，施工人員要利用鋒利刀具一次性切割，以避免出現損傷。在具體的粘貼過程中，各布條的搭接處應不低于20 cm。施工人員應當利用手工操作的方式，排除連接處的氣泡，并在粘貼結束后利用膠帶等固定物對其進行纏繞。

3.6 涂裝防火層

涂裝防火層是加裝碳纖維加固技術的最后環節。在實施該環節的過程中，施工人員應當在碳纖維布即將固化的階段，涂刷防火涂層。這樣的施工技術更有利于防火涂層與膠體的粘結。其耐用性將得到提升。

4 結語

碳纖維加固技術的施工流程并不復雜，在市政工程的應用中，施工人員首先要配備防毒裝備。混凝土的填充膠體與涂刷層含有高比例的化學元素，在涂刷過程中施工人員應當做好嚴格的防護措施。之后施工人員應當重點清理混凝土表面并對裂縫與缺損處進行修補以提升粘貼強度。再有在膠體涂刷前，施工人員應對膠體均勻攪拌，并對粘貼后的碳纖維布進行固定，當膠體逐漸凝固后施工人員可再涂刷防火材料。