關(guān)于碳纖維加固技術(shù)在市政工程應(yīng)用領(lǐng)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(zhǎng)，部分工程存在因設(shè)計(jì)載荷標(biāo)準(zhǔn)過低而造成的遺留問題。同時(shí)部分市政工程的使用環(huán)境也較為復(fù)雜，在長(zhǎng)期使用的過程中，其混凝土梁柱也會(huì)出現(xiàn)承載力下降的問題。碳纖維加固技術(shù)是起源日本的工程修繕技術(shù)。其主要作用是提升混凝土的承載力與強(qiáng)度。使用該技術(shù)，可使我國(guó)市政工程的維修成本得以降低，其耐用性也將得到加強(qiáng)。因此該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。

1 碳纖維加固技術(shù)的主要特征

碳纖維加固技術(shù)，是利用碳纖維布捆綁混凝土梁、柱，從而實(shí)現(xiàn)承重加固的修繕措施。其主要特征有四個(gè)方面:其一，碳纖維加固技術(shù)的拉伸強(qiáng)度更高。外包鋼加固法是加固混凝土的傳統(tǒng)方法，其技術(shù)邏輯是利用鋼材的強(qiáng)度增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度。碳纖維布是采用復(fù)合材料制作的加固材料，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)到7.0 GPa，是普通鋼材的12倍。其二，碳纖維加固技術(shù)的抗腐蝕性更強(qiáng)。市政工程中的地下建筑較為常見，在潮濕、酸性高的環(huán)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(shù)并未使用金屬材料，因此其具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，并可在充滿化學(xué)氣體的環(huán)境下長(zhǎng)期使用。其三，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)無(wú)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(xiàn)縫隙。碳纖維布是柔性材料，因此其可應(yīng)對(duì)復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu)，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(yùn)過程不需要耗費(fèi)過多的人力。同時(shí)碳纖維材料不需要提前塑型，因此其操作設(shè)備較少，施工人員可以三人為一小組。

2 碳纖維加固技術(shù)在市政工程中的常見問題及預(yù)防措施

2.1 碳纖維加固技術(shù)在市政工程中的常見問題

碳纖維加固技術(shù)在市政工程中的常見問題主要有四個(gè)方面:首先，是碳纖維加固材料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不合格。這一問題主要來自于采購(gòu)環(huán)節(jié)，碳纖維加固技術(shù)是一種補(bǔ)充性修復(fù)措施，部分施工單位對(duì)于該措施的重視程度不足，以致價(jià)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(guī)范。打磨混凝土表面，是該項(xiàng)施工中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。表面不均勻?qū)⑹固祭w維與混凝土表面出現(xiàn)縫隙，這一問題不僅會(huì)降低整體的抗拉強(qiáng)度，也會(huì)使碳纖維布在長(zhǎng)期使用的過程中出現(xiàn)開裂。在結(jié)構(gòu)復(fù)雜或操作空間狹小的環(huán)境下，施工人員更易出現(xiàn)打磨不均勻等問題。再有，是膠體配比、攪拌不合格?；炷恋牧芽p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(diào)配、攪拌。但部分設(shè)備不全的施工現(xiàn)場(chǎng)極易在這一環(huán)節(jié)出現(xiàn)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(qiáng)化處理。若在施工或搬運(yùn)的過程中出現(xiàn)橫向破損，將使其拉力受到破壞。

2.2 碳纖維加固技術(shù)常見問題的預(yù)防措施

在具體的施工中，施工單位應(yīng)對(duì)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(duì)施工材料不達(dá)標(biāo)的問題，市政工程的駐地甲方代表，可通過甲方指定采購(gòu)的方式，促使施工單位采購(gòu)合格的施工材料，從而使施工質(zhì)量得到保障。其次，針對(duì)混凝土表面打磨不合格的問題，施工單位應(yīng)當(dāng)對(duì)施工人員進(jìn)行嚴(yán)格的崗前培訓(xùn)，并對(duì)拐角處等結(jié)構(gòu)復(fù)雜的表面進(jìn)行集中檢查。再有，針對(duì)膠體配比、攪拌不均勻的問題，施工單位可購(gòu)置中型攪拌機(jī)，并要求技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)配，通過這樣的方式該項(xiàng)施工的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)將得到提高。最后，針對(duì)碳纖維布的損傷問題，施工單位應(yīng)制定嚴(yán)格的拆包制度與存放制度。例如，碳纖維布只能在施工現(xiàn)場(chǎng)拆包，纏裹的過程中也應(yīng)當(dāng)?shù)玫捷o助人員的協(xié)助以避免出現(xiàn)劃傷。

3 碳纖維加固技術(shù)在市政工程中的施工流程

3.1 前期準(zhǔn)備

碳纖維加固技術(shù)的前期準(zhǔn)備主要分為三個(gè)部分。一是承重分析。在這一過程中，設(shè)計(jì)人員將依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)市政工程的載重量進(jìn)行計(jì)算，從而確定施工圖紙與技術(shù)要求。二是進(jìn)場(chǎng)交底。在這一過程中，施工單位將攜主要技術(shù)人員與設(shè)計(jì)部門進(jìn)行交接，并制定施工計(jì)劃。三是材料與設(shè)備進(jìn)場(chǎng)。施工材料主要包含碳纖維布、混凝土裂縫填充物(膩?zhàn)踊蚰z體等)、粘合劑，膠帶等。施工設(shè)備主要有角磨機(jī)、滾刷、攪拌器、切割機(jī)、砂紙等。

3.2 打磨混凝土表面

打磨混凝土表面，是極為關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)。在施工中，施工人員首先要確定表面基線，并以此為基準(zhǔn)利用角磨機(jī)對(duì)表面凸起物進(jìn)行處理。針對(duì)拐角等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，施工人員可利用砂紙等工具進(jìn)行手動(dòng)清除。在混凝土表面平整后，施工人員可利用清洗劑對(duì)其進(jìn)行二次處理。混凝土表面存在較多的顆粒，這部分顆粒將對(duì)碳纖維布的粘貼帶來負(fù)面影響。

3.3 填充混凝土裂縫

混凝土表面通常會(huì)存在一些裂縫，在涂刷底漆前要對(duì)其進(jìn)行處理。針對(duì)缺損較為嚴(yán)重的部分，施工單位可利用膩?zhàn)舆M(jìn)行表面修補(bǔ)，在具體的使用中也可增加固化劑，以提升膩?zhàn)拥哪趟俣取?/p>

針對(duì)小于0.2 mm的裂縫，施工單位可利用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面密封。而超過0.2 mm的裂縫可利用環(huán)氧樹脂膠填充。之后，施工單位應(yīng)當(dāng)對(duì)填充表面進(jìn)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(huán)境下進(jìn)行，其具體的涂刷方式可依據(jù)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(fù)加固結(jié)構(gòu)的表面涂刷樹脂漆。此種方法適用于Repiark碳纖維布，在粘貼時(shí)也要在布內(nèi)側(cè)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(jié)劑，并將碳纖維條涂刷環(huán)氧樹脂。之后應(yīng)在24 h內(nèi)對(duì)其進(jìn)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(yīng)當(dāng)將碳纖維布的切割長(zhǎng)度限制在6 m以內(nèi)，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(yīng)預(yù)留寬敞通風(fēng)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(xiàn)損傷。在具體的粘貼過程中，各布條的搭接處應(yīng)不低于20 cm。施工人員應(yīng)當(dāng)利用手工操作的方式，排除連接處的氣泡，并在粘貼結(jié)束后利用膠帶等固定物對(duì)其進(jìn)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(shù)的最后環(huán)節(jié)。在實(shí)施該環(huán)節(jié)的過程中，施工人員應(yīng)當(dāng)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(shù)更有利于防火涂層與膠體的粘結(jié)。其耐用性將得到提升。

4 結(jié)語(yǔ)

碳纖維加固技術(shù)的施工流程并不復(fù)雜，在市政工程的應(yīng)用中，施工人員首先要配備防毒裝備?；炷恋奶畛淠z體與涂刷層含有高比例的化學(xué)元素，在涂刷過程中施工人員應(yīng)當(dāng)做好嚴(yán)格的防護(hù)措施。之后施工人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)清理混凝土表面并對(duì)裂縫與缺損處進(jìn)行修補(bǔ)以提升粘貼強(qiáng)度。再有在膠體涂刷前，施工人員應(yīng)對(duì)膠體均勻攪拌，并對(duì)粘貼后的碳纖維布進(jìn)行固定，當(dāng)膠體逐漸凝固后施工人員可再涂刷防火材料。