碳纖維布在中小型水庫除險加固工程中的應(yīng)用

陳 勝

（太湖縣水利局 246400）

碳纖維加固是采用配套膠粘劑將碳纖維粘貼于混凝土表面，使兩者聯(lián)合受力，起到結(jié)構(gòu)補強作用的加固方法。中小型水庫除險加固工程由于投資規(guī)模小、工期短、結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、重建耗資大，采用碳纖維布加固補強，能夠改善結(jié)構(gòu)強度和韌性，提高建筑物的整體性、耐久性、抗?jié)B性和使用壽命。在中小型水庫除險加固工程中，尤其在溢洪道閘墩牛腿支座、閘胸墻裂縫補強以及隧洞、橋梁、渡槽等結(jié)構(gòu)加固中，為保證工程結(jié)構(gòu)安全，作為加固的首選方案，應(yīng)用越來越廣泛。

1 碳纖維布材料要求

碳纖維復(fù)合材的纖維必須為連續(xù)纖維，應(yīng)選用聚丙烯腈基（PAN基）12K或12K以下的小絲束纖維，嚴(yán)禁使用大絲束纖維，其厚度為0.111mm，質(zhì)量為200g/m2，抗拉強度不小于4100MPa，彈性模量不小于2.15×105MPa，伸長率不小于2%。

粘貼碳纖維布采用專用膠，粘碳纖維布用膠劑安全性能指標(biāo)見表1，廠家須提供原材料的檢測報告。

表1 粘碳纖維布用膠粘劑安全性能指標(biāo)

2 碳纖維布施工

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：表面處理→涂刷底層膠→整平結(jié)合面→粘貼碳纖維布→固化養(yǎng)護(hù)。

2.2 表面處理

a.用角磨機除去混凝土表面浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。將構(gòu)件基面的混凝土表面打磨平整，尤其對表面凸出部位磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀（R≥20mm）。消除表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕以及修補部位粘結(jié)不實的混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用環(huán)氧樹脂膩子將表面修復(fù)平整。

b.清理后的基面用壓縮空氣除去粉塵或用清水洗干凈，待完全干燥后用脫脂棉沾丙酮擦拭表面。

c.鋼筋露出部位須做防銹處理。

2.3 涂刷底層膠

a.由于環(huán)境溫度、濕度和混凝土表面的干燥程度影響底膠粘結(jié)性能，為保證質(zhì)量,施工環(huán)境溫度應(yīng)不低于5℃，濕度應(yīng)不高于85%，混凝土表面含水量應(yīng)在10%以下的干燥狀況。

b.按產(chǎn)品規(guī)定配比、工藝配底膠，根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定底膠用量并嚴(yán)格控制使用時間，一般情況下20～50min內(nèi)用完。

c.用滾筒刷或毛刷將底膠均勻涂抹于混凝土構(gòu)件表面，厚度不得超過0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2h），再進(jìn)行下一道工序。

2.4 整平結(jié)合面

按規(guī)定配制樹脂膩子找平材料后,用找平材料將混凝土表面凹陷部位填補平整，特別是模板接頭部位等有高差部位，盡量填補平整以減少高度差，且不應(yīng)有棱角。轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧，半徑應(yīng)不小于20mm。找平材料表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一道工序。

2.5 粘貼碳纖維布

先粘貼垂直于軸向的碳纖維布,再粘貼平等于軸向的碳纖維布。具體工序如下:

a.按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布。為便于粘貼，裁剪好的碳纖維布卷在小圓棍或圓筒上，并編號以備使用。裁剪和卷布過程中保持碳纖維布表面無灰塵、雜物。

b.根據(jù)需粘貼的碳纖維量確定所需JH型粘碳膠的數(shù)量，按產(chǎn)品供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制JH型粘碳膠，并用JH型粘碳膠涂于牛腿表面。

c.用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠出氣泡，使JH型粘碳膠充分浸透碳纖維布。滾壓時不得損傷碳纖維布。

d.多層粘貼重復(fù)上述步驟，應(yīng)在纖維表面浸漬樹脂指觸干燥后立即進(jìn)行下一層的粘貼。最后再滾一層JH型粘碳膠并多次滾壓使其滲入碳纖維布。

2.6 固化養(yǎng)護(hù)

環(huán)境溫度在20℃以上時，初期硬化養(yǎng)護(hù)時間約1天，養(yǎng)護(hù)1周后方可進(jìn)行施工質(zhì)量檢測；環(huán)境溫度在10℃～20℃時，初期硬化養(yǎng)護(hù)時間約1～2天，養(yǎng)護(hù)1～2周后方可進(jìn)行施工質(zhì)量檢測；環(huán)境溫度在10℃以下時，初期硬化養(yǎng)護(hù)時間約2天，養(yǎng)護(hù)2周后方可進(jìn)行施工質(zhì)量檢測。

粘貼后初期硬化期內(nèi)，不允許對片材進(jìn)行錘擊、移動或高溫處理。

3 施工注意事項

a.粘貼碳纖維布時必須驅(qū)除纖維絲內(nèi)的空氣，使碳纖維布表面平整，出現(xiàn)空鼓，面積少于100cm2時，采用針管注漿方法填實空鼓；空鼓面積超過100cm2時，應(yīng)切除后重貼。

b.碳纖維布沿受力方向搭接時，搭接長度應(yīng)不小于100mm。當(dāng)采用多條或多層碳纖維布加固時，各層纖維之間的搭接位置應(yīng)相互錯開。

c.碳纖維布為導(dǎo)電材料，施工對應(yīng)采取有效的保護(hù)措施。

d.后續(xù)施工不得破壞已經(jīng)完成的碳纖維，不得靠近碳纖維焊接、烘烤。

e.粘貼時碳纖維布的纖維方向應(yīng)符合設(shè)計要求。

f.在加固的特殊位置（如粘結(jié)部位的始、末端），為保證纖維復(fù)合材料與混凝土共同工作，必要時應(yīng)采取附加鉚栓、螺栓或鋼板等措施。

g.在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。

4 實施后效果

在太湖縣中小型水庫除險加固工程中，多座水庫中應(yīng)用了碳纖維加固技術(shù)，實施后從效果上有以下幾個特點：

a.與傳統(tǒng)的普通粘鋼相比，碳纖維布加固在其加固特性上具有明顯優(yōu)勢（見表2）。

表2 碳纖維加固與普通粘鋼比較

b.碳纖維布加固后的抗剪承載力、抗彎承載力普遍分別比加固前提高了203%和18%。

c.采用碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯，同一結(jié)構(gòu)如果采用碳纖維加固，與拆除重建相比，投資節(jié)省約53%；工期縮短30%?！?/p>