碳纖維布在水庫加固工程中的應用

魏濤

摘要：碳纖維布加固技術是當前比較有效和新穎的一種加固方式，碳纖維布具有非常好的力學性能，甚至能夠作為鋼筋的替代品在混凝土中使用。我國很多水庫建設時間較為久遠，運行到今天，水庫的結構部分會出現(xiàn)各種問題，需要對其進行加固處理。研究將碳纖維布運用于水庫加固工程中，其優(yōu)勢有加固效果好、施工簡單、施工質量有所保障、防水和防腐蝕等。所以水庫加固工程使用碳纖維布具有良好的效果。然后再以湖北省某水庫為例，發(fā)現(xiàn)其閘墩和檢修平臺梁板不符合規(guī)范標準，通過利用碳纖維布對該結構進行加固處理，能夠達到很好的施工效果，使其滿足規(guī)范要求。最后提出了碳纖維布在水庫加固工程中的施工注意事項，以期達到水庫加固的目的。

關鍵詞：碳纖維布;水庫;加固;應用

中圖分類號：TV697.3 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0012-04

我國的水庫工程比較多，很多的水庫建設時間較早，在20世紀50～60年代就已經建成，那時我國的建設水平還不是很高，所以其建設質量就不是很好，再加上這么多年的不斷運行，有些水庫就會出現(xiàn)各種各樣的問題，比如混凝土強度不足、出現(xiàn)裂縫、被腐蝕出現(xiàn)滲漏等情況[1]。如果不對其進行合理有效的措施，就會造成嚴重的安全事故。

隨著我國對碳纖維布的使用比較頻繁，其優(yōu)勢在不斷的顯現(xiàn)出來，能夠對工程起到加固修復的作用，而且還具有替他的良好性能，所以將其運用到加固工程中能夠達到很好運用效果。在我國的建筑、橋梁等領域中，使用碳纖維布的實例已經有很多，這些成功的案例證明了碳纖維布在加固工程上有很好的作用[2]。于是本文將碳纖維布運用到水庫加固工程中進行研究。

以湖北省某水庫為例，該水庫是在1970年建成投入使用的，該水庫是使用鋼筋混凝土建設而成。由于使用時間太長，對水庫的管理過于缺乏，而且在建設過程中的質量控制存在一定的問題，所以如今的水庫面臨一系列的問題，需要對其進行加固處理，才能更好的投入使用。所以接下來將研究碳纖維布在水庫加固工程中應用。

1 碳纖維布在水庫加固工程中應用優(yōu)勢

碳纖維布在水庫中應用時是通過使用膠粘劑將碳纖維布粘接到結構表面，碳纖維布與結構合為一體，對結構的強度起到增強作用，所以可以達到加固結構的作用，改善結構原受力性能。從上面可知加固水庫的結構所使用到的材料是膠粘劑和碳纖維布。

其中碳纖維布是一種非常優(yōu)質的加固結果材料，其具有很好的拉伸強度，比起傳統(tǒng)的鋼筋，碳纖維布的拉伸強度比它強十倍左右，而且其質量較輕，不會導致結構較重，并且其高彈模延伸率小，作為水庫加固材料能夠有很好的效果，表1即為碳纖維布的性能參數(shù)[3]。膠粘劑的作為一種輔助材料，也是必不可少的一種材料，能夠保障碳纖維布更好的作用于水庫結構中，所以所使用的膠粘劑也需要滿足一定的力學性能，從而促進碳纖維布在水庫加固工程中的發(fā)展。碳纖維加固的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1加固效果好

碳纖維布具有很好的力學性能，其強度大、彈性模量高、質量輕、延伸率小等，比鋼筋的力學性能還要好，在水庫加固工程中充分利用碳纖維布的優(yōu)勢性能，可以提高水庫結構的承載力、抗裂性能、延展性能，能夠對水庫加固維修起到很好的效果。

1.2碳纖維布施工簡單

水庫加固工程中利用碳纖維布的施工方式就是用通過人工用膠粘劑將碳纖維布粘貼到需要加固的結構上，不需要涉及到大型的施工設備，施工過程比較簡單，不會受到其他因素的影響。在某些特殊情況時，可以在水庫繼續(xù)工作的情況下對需要加固的結構進行施工。從碳纖維布施工的程序上就可知其操作簡單，只需要將碳纖維布粘貼到結構上，待其固化，檢測到強度是滿足要求即可，一般情況下施工只需要2～3天。

1.3能夠保障施工質量

對碳纖維布進行施工時，其質量影響的主要方面就是在粘貼的過程中，然而碳纖維布是一種柔性的材料，粘貼到結構上是很容易實現(xiàn)的，而且能夠保障粘貼密實程度。一般的工人在施工時，都可以保證碳纖維布的粘貼密實度達到95%以上，即它的有效粘貼面積是大于95%的，能夠達到碳纖維布加固水庫工程的質量要求[4]。

1.4碳纖維布具有超強防水和防腐作用

碳纖維布具有很好的防腐蝕作用，而且其中環(huán)氧樹脂成分具有超強的防水作用。水庫中的構建經常與水接觸，就比較容易受到腐蝕的侵害，水庫的構建就會出現(xiàn)各種問題，所有將碳纖維布粘貼在水庫加固的構建表面，就能夠防止水或者其他的腐蝕性物質與構建表面直接接觸，從而起到防腐蝕的作用。所以碳纖維不在水庫加固工程中運用具有防水和防腐蝕的作用。

2 碳纖維布在水庫加固工程中的運用分析

本文以竹溪河水庫為例，分析其中需要加固的構建。通過對該水庫的結構進行安全復查，發(fā)現(xiàn)閘墩局部受拉區(qū)域的裂縫和檢修平臺梁板不符合水庫規(guī)范要求，需要對其進行及時的加固處理，不然就會造成比較嚴重的安全事故。其中鋼筋不符合規(guī)范，其原因在于對結構提出了更高的要求，更加的重視結構的安全。

2.1閘墩和牛腿加固

該閘墩和牛腿不符合規(guī)范，但是又不能將其直接再建，這樣就會投入更多的建筑成本，還會影響到其他的水庫結構，所以經過討論，用碳纖維布對閘墩和牛腿進行加固工程，既可以滿足安全規(guī)范，又可以節(jié)約建筑成本，還可以不對其他結構產生影響。圖1即為將碳纖維布運用于水庫牛腿和閘墩上的運用。

碳纖維布的粘貼位置不能直接粘貼在閘墩和牛腿上，需要根據(jù)閘墩的受力情況，選對位置之后才能粘貼碳纖維布。然后再根據(jù)閘墩的裂縫控制計算，選擇碳纖維布的用量。最后通過專業(yè)的工作人員對碳纖維布進行施工，等到膠粘劑完全固化之后，需要對粘貼碳纖維布的閘墩進行檢測是否已經滿足規(guī)范要求。

根據(jù)GB 50367—2006《混凝土結構加固設計規(guī)范》受拉構件加固，其正截面承載力按以下公式復[5]：

N：結構的軸向拉力設計值

fy0和Ay0：原來鋼筋的拉伸強度和截面面積

ff和Af分別為碳纖維布的拉伸強度和截面面積

經過計算，水庫閘墩的加固需要至少8條碳纖維布，選擇厚度為0.37mm的碳纖維布，重量為每300g/m3，碳纖維布的寬為150min，長度大于2.65m，碳纖維布是使用雙層然后將碳纖維布按照要求粘貼在正確的位置，為了使碳纖維布使用更加的長久，在其表面涂抹一層防護砂漿。使用碳纖維布對閘墩的加固工程即完成。

2.2檢修平臺梁板加固

通過檢修水庫的檢修平臺梁板發(fā)現(xiàn)其受力情況有所降低，與設計規(guī)范存在一定的差距，所以需要及時對其進行加固處理。本文的加固處理方法為：選用的碳纖維布為雙層，寬度為150mm，質量為每300g/m3，在主梁和次梁的軸線位置布置2條碳纖維布。還需要使用U型箍，圖2即為梁板橫斷面的碳纖維布加固示意圖。從圖中就可以看出所使用材料的物理性質和粘貼的位置。使用碳纖維布對檢修平臺梁板的加固工程能夠讓其變得更加的牢固，復合加固設計規(guī)范要求。

3 碳纖維布在水庫加固工程中的施工注意事項

為了保障碳纖維布的加固效果更好，水庫加固工程能夠順利實施，在水庫加固施工過程需要注意以下的事項。

1）在施工之前，需要將水庫進行加固的構建上的大部分荷載進行卸除，施工環(huán)境要求大于5℃，其空氣濕度要小于85%，在這樣一個施工環(huán)境中施工，更能提高加固的效果。

2）碳纖維布也有其施工工序，施工時要按照施工工序進行，其施工工序為：對加固的區(qū)域進行處理、在被粘貼位置涂刷底膠、將粘貼位置修補平整、粘貼碳纖維布、養(yǎng)護固化、質量檢測、防護處理[6]。為了保證施工質量，每一個的施工步驟都不能缺少。

3）碳纖維不要粘貼在受力的方向，一定要粘貼平整，不能出現(xiàn)彎曲或者氣泡出現(xiàn)。膠粘劑要能夠充分的滲透，不能有空氣存在。碳纖維布的有效粘貼面積要達到95%以上。

4）在對碳纖維布進行施工時，要能夠在規(guī)定的時間內連續(xù)進行施工，且施工完成，能夠保障整體的施工效果。如果由于惡劣天氣或者其他因素的影響，使得施工不得不停止，就不能保障施工的連續(xù)性，這時就需要對已經完成的作業(yè)面采取一定的處理措施，以便后續(xù)工作，在對其進行處理時不能對纖維布和粘接層造成傷害。

5）用碳纖維布對水庫加固后，最后還有一道工序就是涂抹砂漿進行保護碳纖維布。這就需要注意所使用的砂漿是對膠粘劑和碳纖維布沒有傷害的，砂漿還要具有一定的粘接強度和變形能力。

6）應用碳纖維布加固水庫結構后，還需要對共層進行現(xiàn)場粘接性能檢測，該檢測步驟是必須要完成的，在檢測過程中要不能傷害到碳纖維布或者粘接層，如果產生破壞了，就需要考慮是否重新施工。

4 結語

碳纖維布具有質量輕、拉伸強度強、耐腐蝕性、防水、強度大等性能，在民用建筑、橋梁、水利工程、隧道等領域中都會被使用到，將其運用到水庫加固工程中的應用不常見。然而碳纖維布運用于水庫加固中，不僅能夠起到加固的作用，而且施工較為簡單，施工工期也會縮短，還能起到防水、耐腐蝕的作用，這點對于水庫來講能夠起到很大的作用，因為水庫容易受到水或者其他腐蝕性的物質侵害。文章對某水庫用碳纖維布進行加固處理，加固效果較好。其施工較為簡單，但是對于其施工過程還是得高度重視，要知道施工中的注意事項，才能保障碳纖維布運用于水庫加固工程中的效果更加明顯。

參考文獻

[1]何永日，李宏明，陳尚建.碳纖維復合材料在水庫溢流壩閘墩補強加固中的應用[J].廣東水利水電，2004（4）：24-25.

[2]羅楚生.碳纖維布加固混凝土構件的原理與應用[J].廣東建材，2011，27（4）：18-20.

[3]吳大軍，詹天惠，奕懷東，等.碳纖維復合補強材料在竹溪河水庫輸水管加固工程中的應用[J].工業(yè)建筑，2008（sl）.

[4]孫玉強.橋梁粘貼碳纖維布加固施工技術研究[J].交通建設與管理，2015（10）：56-58.

[5]孫文勇.碳纖維布和鋼板共同加固RC框架梁的研究與應用[D].2015.

[6]劉小明.碳纖維復合材料（CFRP）加固修復混凝土結構新技術在水利工程中的應用[J].大壩與安全，2003（1）：49-52.