碳纖維布在加固工程中的應用

龍玉輝

（河南省建筑設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

最近幾年，隨著我國交通運輸行業的迅猛發展，現有橋梁難以滿足現代化交通發展需求，導致現有橋梁無法正常使用，給人們的人身安全和財產安全造成了一系列的安全隱患。為此，提出一套合理、經濟的碳纖維布加固方案，以實現對現有舊橋的科學加固，確保所加固的現有舊橋完全符合橋梁設計相關標準和要求。

1 碳纖維布的主要特點

碳纖維布主要是按照一定的方向，借助碳纖維，采用編織的方式形成的一種常用的布狀材料。在進行施工期間，通過使用環氧樹脂，可以將碳纖維布科學、有效地粘貼于混凝土表明位置處，以起到加固作用。碳纖維布具有重量輕、抗拉強度高、彈性良好等特征，完全符合加固工程施工需求，同時，碳纖維布運輸方便[1]，不需要使用大型設備進行裝運，極大地縮小了施工成本。碳纖維布的主要技術指標如表1 所示。

表1 碳纖維布的主要技術指標

2 碳纖維布粘貼施工工藝

2.1 工藝材料準備

2.1.1 碳纖維布

嚴格按照設計文件、施工工藝相關要求，從型號、規格、性能指標入手，選用合適的碳纖維布。

2.1.2 配套粘接劑

對于碳纖維布而言，其配套的粘接劑具有粘貼強度高、粘接力大、揮發性低、溫度范圍廣等優點。為了滿足施工工藝相關需求，配套粘接劑主要包含以下幾種：（1）打底膠。打底膠具有強大的滲透功能，通過將其應用于頭腦土層表面上，可以充分發揮和利用打底膠優勢，使得混凝土表面快速凝固為硬化層[2]。（2）找平膠。當混凝土表面難以達到平整標準時，需要采用平膠修復的方式，將碳纖維平整、有效地粘貼于混凝土表面處。（3）浸潤膠。通過使用浸潤膠，將碳纖維粘接于混凝土表面處，使得碳纖維與被加固結構兩者之間形成一個穩定的受力整體，從而起到一定的承重作用。

2.2 粘貼碳纖維布典型工藝流程

粘貼碳纖維布典型工藝流程如圖1 所示。從圖中可以看出，整個工藝流程主要包含8 個操作步驟，各個操作步驟都很重要，均直接影響粘貼碳纖維工藝實施水平。相關人員在進行加固工程施工期間，要嚴格按照這些操作步驟進行[3]，以最大限度地提高工程施工質量。

圖1 碳纖維布工藝流程

2.3 關鍵工序施工要點

2.3.1 混凝土表面處理

在進行混凝土表明處理期間，首先，相關人員要對被加固結構表面的腐蝕、風化等混凝土劣化層，進行徹底清除，確保混凝土結構層被全部露出，同時，還要選用質量合格的修復材料，對混凝土表面進行修復平整處理。其次，要采用灌縫處理與封閉處理相結合的方式，解決混凝土表面的裂縫問題。最后，為了保證混凝土表面的光滑性和平整性，還要對其進行打磨處理，確保混凝土表面的油污、浮漿等雜物被全部清除[4]，此外，還要在轉角粘貼位置處，將混凝土表面打磨成半徑為19mm 左右的圓弧狀結構。并使用清水，對混凝土表面進行徹底清洗，然后，將其放置于陽光下進行干燥處理。

2.3.2 涂刷打底膠和找平膠

在這一環節中，相關人員要使用滾筒刷，向混凝土表面均勻地涂抹打底膠，等到樹脂表面逐漸凝固干燥后，需要使用找平膠對混凝土表面局部凹陷部位進行填補平整處理，確保混凝土表面不會出現棱角或者凸出現象。此外，還要使用找平膠，在轉角位置處，對半徑為19mm 左右的圓弧結構進行修復處理。

2.3.3 粘貼碳纖維布

在對碳纖維布進行粘貼期間，相關人員要從以下幾個方面入手，確保整個粘貼操作的規范性和合理性。（1）全面了解和把握施工現場空氣溫度、空氣濕度等相關條件，一旦發現氣溫在5℃以下，空氣濕度遠遠超過95%，那么，需要暫停施工工作。（2）按照以設計好的尺寸，對碳纖維布進行裁剪處理，確保實際粘貼尺寸滿足所規定的標準設計值，同時，還要確保位置偏差不得超過19mm。（3）根據碳纖維排列方向，可以加大碳纖維布的拉伸強度，為此，需要針對結構物受力實際情況，對碳纖維布的實際粘貼方向進行科學控制和調整。（4）對于碳纖維布與混凝土而言，兩者之間所達到的有效粘貼面積不能超過95%。一旦發現碳纖維布的空鼓面積低于9cm2時，需要采用針管注膠的方式，對其進行補救處理，如果碳纖維布的空鼓面積超過99cm2時，要及時切除出現局部空鼓的碳纖維布，并將同規格、同型號的碳纖維布重新搭貼于指定的位置處[5]。（5）沿著橋跨兩側不同方向，對碳纖維布進行粘貼處理，避免因工程施工期間出現大量的氣泡而嚴重影響工程最終加固效果，同時，還要使用滾筒工具，沿著碳纖維布纖維方向，對碳纖維布進行多次滾壓處理，以起到擠除氣泡的作用，最后，使用浸潤膠，對碳纖維布進行浸透處理[6]。

3 工程實例

3.1 工程概況

廣州港務局西基橋于1986 年建成，橋全長達到了144.6m，設計活載包含兩種類型，一種是汽車15 級，另一種是掛車80 級。橋面總寬度達到了10m，完全符合兩車道設計相關標準和要求。橋面兩側均設置了寬度為1m 的人行道[7]，人行道下方布置了低壓電纜和水管。上部結構主要由3 個連續的板梁組成，所有跨度均達到了8m，總跨數達到了17。主梁作為一種常用的空心板梁，沿著縱向，主要劃分為3 塊，在進行施工期間，需要進行濕接縫連接。整個橋墩主要借助排架墩方式進行排列，均有兩根樁組成[8]，在各個動墩內包含4 根斜樁。橋墩橫截面是邊長為50cm 的正方形。1 西基橋立面布置圖如圖1 所示。

圖2 西基橋立面布置圖

3.2 碳纖維布加固處理方案

通過對西基橋梁進行檢測，發現橋梁跨底面出現了不同程度的裂縫問題，出現這一問題的原因可能有以下幾種：（1）粱部屬于一種常見的鋼筋混凝土結構，經常長期使用后，很容易出現裂縫問題。（2）西基橋梁所能承受的最大活載力為-15 級，而橋梁實際所承受的活載力已經遠遠超過這個等級，導致橋梁底部出現裂縫問題[9]。為了解決這一問題，需要借助碳纖維布加固方案，對橋梁結構以及帽梁結構進行加固處理。

3.2.1 加固設計

為了保證碳纖維布加固設計水平，相關人員要做好以下內容的假定。（1）忽略不計混凝土的特性和作用。（2）當西基橋梁出現彎曲現象時，需要將混凝土、碳纖維進行集中化處理，使其完全符合平截面假定需求。（3）碳纖維材料在具體的使用中，需要根據線彈性應力與應變力之間的關系，借助相應的計算公式，參照如表1 所示。將碳纖維布加固方案科學應用于工程實踐中，以保證西基橋梁最終加固效果。

表2 碳纖維布性能指標

3.2.2 加固施工

在確定合適加固部位后，需要碳纖維布所需面積，嚴格按照相施工流程以及注意事項，開展施工工作。為了進一步提高公式施工質量，當天施工工作結束后，需要加強對粘貼部位的及時檢查，一旦發現粘貼部位局部出現空鼓問題時，需要對其進行注膠修補處理，如果空鼓問題比較嚴重，需要對其進行重新粘貼處理。西基橋帽梁加固補強圖如圖3 所示。

圖3 西基橋帽梁加固補強圖（單位：cm）

3.2.4 質量要求

每一道工序結束后，相關人員需要嚴格按照工藝相關標準和要求，對西基橋梁最終加固效果進行檢查，并記錄最終的檢查結果，一旦發現工程存在質量問題，要在第一時間內向上級部門匯報，并對其進行重新加固施工。此外，在對工程進行檢驗期間，要采用小錘輕擊的方式，對西基橋梁粘貼效果進行檢驗，同時，還要注意有效粘貼面積不得低于95%，一旦發現西基橋梁出現粘貼不密實問題，要采用針管注膠的方式，對其進行補救處理，只有這樣，才能保證工程最終施工質量。最后，還要根據施工現場的溫度、濕度等環境條件，將施工溫度控制在6℃～36℃之間，同時，相對溫度應低于70%。

3.2.5 效益分析

當西基橋梁經過加固處理后，整個橋梁受力良好，當重車通過橋梁時，發現整個板體的下撓度明顯下降，同時，板體的振動幅度明顯下降，說明西基橋梁取得了理想的加固效果。

4 結束語

綜上所述，橋梁在具體的設計中，經常會受到遠期規劃、施工條件等因素的影響，為了保證現有舊橋加固效果，現提出一套系統、完善的碳纖維加固處理方案，使得碳纖維布科學應用于橋梁加固工程中，這樣一來，不僅保證了水陸交通的順暢性，還縮短了整個施工周期。因此，碳纖維加固處理方案具有較高的可靠性和可行性，值得被進一步推廣和應用于橋梁工程加固領域中。