碳纖維布在加固工程中的應(yīng)用

龍玉輝

（河南省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

最近幾年，隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的迅猛發(fā)展，現(xiàn)有橋梁難以滿足現(xiàn)代化交通發(fā)展需求，導(dǎo)致現(xiàn)有橋梁無(wú)法正常使用，給人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全造成了一系列的安全隱患。為此，提出一套合理、經(jīng)濟(jì)的碳纖維布加固方案，以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有舊橋的科學(xué)加固，確保所加固的現(xiàn)有舊橋完全符合橋梁設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

1 碳纖維布的主要特點(diǎn)

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(jìn)行施工期間，通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂，可以將碳纖維布科學(xué)、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(qiáng)度高、彈性良好等特征，完全符合加固工程施工需求，同時(shí)，碳纖維布運(yùn)輸方便[1]，不需要使用大型設(shè)備進(jìn)行裝運(yùn)，極大地縮小了施工成本。碳纖維布的主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 碳纖維布的主要技術(shù)指標(biāo)

2 碳纖維布粘貼施工工藝

2.1 工藝材料準(zhǔn)備

2.1.1 碳纖維布

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件、施工工藝相關(guān)要求，從型號(hào)、規(guī)格、性能指標(biāo)入手，選用合適的碳纖維布。

2.1.2 配套粘接劑

對(duì)于碳纖維布而言，其配套的粘接劑具有粘貼強(qiáng)度高、粘接力大、揮發(fā)性低、溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。為了滿足施工工藝相關(guān)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(qiáng)大的滲透功能，通過(guò)將其應(yīng)用于頭腦土層表面上，可以充分發(fā)揮和利用打底膠優(yōu)勢(shì)，使得混凝土表面快速凝固為硬化層[2]。（2）找平膠。當(dāng)混凝土表面難以達(dá)到平整標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要采用平膠修復(fù)的方式，將碳纖維平整、有效地粘貼于混凝土表面處。（3）浸潤(rùn)膠。通過(guò)使用浸潤(rùn)膠，將碳纖維粘接于混凝土表面處，使得碳纖維與被加固結(jié)構(gòu)兩者之間形成一個(gè)穩(wěn)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(gè)工藝流程主要包含8 個(gè)操作步驟，各個(gè)操作步驟都很重要，均直接影響粘貼碳纖維工藝實(shí)施水平。相關(guān)人員在進(jìn)行加固工程施工期間，要嚴(yán)格按照這些操作步驟進(jìn)行[3]，以最大限度地提高工程施工質(zhì)量。

圖1 碳纖維布工藝流程

2.3 關(guān)鍵工序施工要點(diǎn)

2.3.1 混凝土表面處理

在進(jìn)行混凝土表明處理期間，首先，相關(guān)人員要對(duì)被加固結(jié)構(gòu)表面的腐蝕、風(fēng)化等混凝土劣化層，進(jìn)行徹底清除，確?；炷两Y(jié)構(gòu)層被全部露出，同時(shí)，還要選用質(zhì)量合格的修復(fù)材料，對(duì)混凝土表面進(jìn)行修復(fù)平整處理。其次，要采用灌縫處理與封閉處理相結(jié)合的方式，解決混凝土表面的裂縫問(wèn)題。最后，為了保證混凝土表面的光滑性和平整性，還要對(duì)其進(jìn)行打磨處理，確?；炷帘砻娴挠臀邸⒏{等雜物被全部清除[4]，此外，還要在轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)。并使用清水，對(duì)混凝土表面進(jìn)行徹底清洗，然后，將其放置于陽(yáng)光下進(jìn)行干燥處理。

2.3.2 涂刷打底膠和找平膠

在這一環(huán)節(jié)中，相關(guān)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(shù)脂表面逐漸凝固干燥后，需要使用找平膠對(duì)混凝土表面局部凹陷部位進(jìn)行填補(bǔ)平整處理，確?；炷帘砻娌粫?huì)出現(xiàn)棱角或者凸出現(xiàn)象。此外，還要使用找平膠，在轉(zhuǎn)角位置處，對(duì)半徑為19mm 左右的圓弧結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)處理。

2.3.3 粘貼碳纖維布

在對(duì)碳纖維布進(jìn)行粘貼期間，相關(guān)人員要從以下幾個(gè)方面入手，確保整個(gè)粘貼操作的規(guī)范性和合理性。（1）全面了解和把握施工現(xiàn)場(chǎng)空氣溫度、空氣濕度等相關(guān)條件，一旦發(fā)現(xiàn)氣溫在5℃以下，空氣濕度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)95%，那么，需要暫停施工工作。（2）按照以設(shè)計(jì)好的尺寸，對(duì)碳纖維布進(jìn)行裁剪處理，確保實(shí)際粘貼尺寸滿足所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值，同時(shí)，還要確保位置偏差不得超過(guò)19mm。（3）根據(jù)碳纖維排列方向，可以加大碳纖維布的拉伸強(qiáng)度，為此，需要針對(duì)結(jié)構(gòu)物受力實(shí)際情況，對(duì)碳纖維布的實(shí)際粘貼方向進(jìn)行科學(xué)控制和調(diào)整。（4）對(duì)于碳纖維布與混凝土而言，兩者之間所達(dá)到的有效粘貼面積不能超過(guò)95%。一旦發(fā)現(xiàn)碳纖維布的空鼓面積低于9cm2時(shí)，需要采用針管注膠的方式，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)救處理，如果碳纖維布的空鼓面積超過(guò)99cm2時(shí)，要及時(shí)切除出現(xiàn)局部空鼓的碳纖維布，并將同規(guī)格、同型號(hào)的碳纖維布重新搭貼于指定的位置處[5]。（5）沿著橋跨兩側(cè)不同方向，對(duì)碳纖維布進(jìn)行粘貼處理，避免因工程施工期間出現(xiàn)大量的氣泡而嚴(yán)重影響工程最終加固效果，同時(shí)，還要使用滾筒工具，沿著碳纖維布纖維方向，對(duì)碳纖維布進(jìn)行多次滾壓處理，以起到擠除氣泡的作用，最后，使用浸潤(rùn)膠，對(duì)碳纖維布進(jìn)行浸透處理[6]。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

廣州港務(wù)局西基橋于1986 年建成，橋全長(zhǎng)達(dá)到了144.6m，設(shè)計(jì)活載包含兩種類型，一種是汽車15 級(jí)，另一種是掛車80 級(jí)。橋面總寬度達(dá)到了10m，完全符合兩車道設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。橋面兩側(cè)均設(shè)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(jié)構(gòu)主要由3 個(gè)連續(xù)的板梁組成，所有跨度均達(dá)到了8m，總跨數(shù)達(dá)到了17。主梁作為一種常用的空心板梁，沿著縱向，主要?jiǎng)澐譃? 塊，在進(jìn)行施工期間，需要進(jìn)行濕接縫連接。整個(gè)橋墩主要借助排架墩方式進(jìn)行排列，均有兩根樁組成[8]，在各個(gè)動(dòng)墩內(nèi)包含4 根斜樁。橋墩橫截面是邊長(zhǎng)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(guò)對(duì)西基橋梁進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)橋梁跨底面出現(xiàn)了不同程度的裂縫問(wèn)題，出現(xiàn)這一問(wèn)題的原因可能有以下幾種：（1）粱部屬于一種常見(jiàn)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，經(jīng)常長(zhǎng)期使用后，很容易出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。（2）西基橋梁所能承受的最大活載力為-15 級(jí)，而橋梁實(shí)際所承受的活載力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這個(gè)等級(jí)，導(dǎo)致橋梁底部出現(xiàn)裂縫問(wèn)題[9]。為了解決這一問(wèn)題，需要借助碳纖維布加固方案，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)以及帽梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。

3.2.1 加固設(shè)計(jì)

為了保證碳纖維布加固設(shè)計(jì)水平，相關(guān)人員要做好以下內(nèi)容的假定。（1）忽略不計(jì)混凝土的特性和作用。（2）當(dāng)西基橋梁出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象時(shí)，需要將混凝土、碳纖維進(jìn)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(jù)線彈性應(yīng)力與應(yīng)變力之間的關(guān)系，借助相應(yīng)的計(jì)算公式，參照如表1 所示。將碳纖維布加固方案科學(xué)應(yīng)用于工程實(shí)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(biāo)

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(yán)格按照相施工流程以及注意事項(xiàng)，開(kāi)展施工工作。為了進(jìn)一步提高公式施工質(zhì)量，當(dāng)天施工工作結(jié)束后，需要加強(qiáng)對(duì)粘貼部位的及時(shí)檢查，一旦發(fā)現(xiàn)粘貼部位局部出現(xiàn)空鼓問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行注膠修補(bǔ)處理，如果空鼓問(wèn)題比較嚴(yán)重，需要對(duì)其進(jìn)行重新粘貼處理。西基橋帽梁加固補(bǔ)強(qiáng)圖如圖3 所示。

圖3 西基橋帽梁加固補(bǔ)強(qiáng)圖（單位：cm）

3.2.4 質(zhì)量要求

每一道工序結(jié)束后，相關(guān)人員需要嚴(yán)格按照工藝相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)西基橋梁最終加固效果進(jìn)行檢查，并記錄最終的檢查結(jié)果，一旦發(fā)現(xiàn)工程存在質(zhì)量問(wèn)題，要在第一時(shí)間內(nèi)向上級(jí)部門(mén)匯報(bào)，并對(duì)其進(jìn)行重新加固施工。此外，在對(duì)工程進(jìn)行檢驗(yàn)期間，要采用小錘輕擊的方式，對(duì)西基橋梁粘貼效果進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)，還要注意有效粘貼面積不得低于95%，一旦發(fā)現(xiàn)西基橋梁出現(xiàn)粘貼不密實(shí)問(wèn)題，要采用針管注膠的方式，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)救處理，只有這樣，才能保證工程最終施工質(zhì)量。最后，還要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度等環(huán)境條件，將施工溫度控制在6℃～36℃之間，同時(shí)，相對(duì)溫度應(yīng)低于70%。

3.2.5 效益分析

當(dāng)西基橋梁經(jīng)過(guò)加固處理后，整個(gè)橋梁受力良好，當(dāng)重車通過(guò)橋梁時(shí)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)板體的下?lián)隙让黠@下降，同時(shí)，板體的振動(dòng)幅度明顯下降，說(shuō)明西基橋梁取得了理想的加固效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，橋梁在具體的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)受到遠(yuǎn)期規(guī)劃、施工條件等因素的影響，為了保證現(xiàn)有舊橋加固效果，現(xiàn)提出一套系統(tǒng)、完善的碳纖維加固處理方案，使得碳纖維布科學(xué)應(yīng)用于橋梁加固工程中，這樣一來(lái)，不僅保證了水陸交通的順暢性，還縮短了整個(gè)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(jìn)一步推廣和應(yīng)用于橋梁工程加固領(lǐng)域中。