錢桂敏

（中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司，四川 成都 610000）

1 碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用發(fā)展分析

近些年來，隨著城市建設(shè)步伐的持續(xù)加快，新興技術(shù)以及材料工藝逐漸朝向多元化方向發(fā)展。為助力市政建筑工程質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)目標順利實現(xiàn)，管理人員主動引入應(yīng)用新工藝以及新材料，健全完善施工建設(shè)體系以及技術(shù)應(yīng)用機制。其中，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)作為新時期市政建筑工程項目經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)手段，主要通過利用纖維增強塑料等新材料所具備的獨特性能，可以鞏固增強主體結(jié)構(gòu)承載能力以及穩(wěn)定性能。結(jié)合應(yīng)用發(fā)展情況來看，碳纖維結(jié)構(gòu)可根據(jù)所使用原材料的不同細化分為多種結(jié)構(gòu)形式，比較常見的有碳纖維布、碳纖維預(yù)應(yīng)力筋、碳纖維板等。

與普通材料不同，碳纖維材料所表現(xiàn)出的軸向抗拉強度較高、質(zhì)量輕、抗腐蝕以及耐久性能相對優(yōu)越。在施工使用過程中，一般不需要施加防護措施，就可以達到良好的加固效果。最重要的是，與普通鋼材彈性模量相比，碳纖維材料彈性模量要明顯高于普通鋼材彈性模量，高出2～3倍。在具體使用過程中，碳纖維材料主要通過利用樹脂類膠結(jié)材料實現(xiàn)碳纖維材料與混凝土構(gòu)件表面的粘結(jié)應(yīng)用，達到良好的補強加固效果。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用發(fā)展情況來看，隨著行業(yè)規(guī)范以及技術(shù)標準的不斷健全完善，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已經(jīng)初步形成標準的技術(shù)規(guī)程，可以輔助與指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

2 碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)使用原理及適用范圍分析

2.1 使用原理

對于加固施工而言，比較常用的碳纖維材料主要以碳纖維布以及碳纖維板為主。其中，碳纖維通常需要經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸泡形成全新的復(fù)合材料，達到良好的建筑結(jié)構(gòu)加固效果。結(jié)合現(xiàn)場施工情況來看，在使用碳纖維材料的過程中，除了需要提前用環(huán)氧樹脂浸泡處理之外，還需要經(jīng)過樹脂材料粘合處理。在粘合操作過程中，碳纖維材料需要順著受力方向進行粘合處理，確保受力相對較弱位置的承載力得以全面加強?？陀^來講，在施工處理過程中，技術(shù)人員必須明確樹脂材料的重要性，并按照規(guī)范要求進行精準操作。結(jié)合以往的經(jīng)驗來看，樹脂的使用方式相對固定，但是需要注意選擇應(yīng)用問題。

一方面，應(yīng)該著重考慮材料原本特性。樹脂粘合材料通常以混合材料形式存在，因此在配比設(shè)計過程中，應(yīng)該按照相關(guān)設(shè)計標準將各部分材料均勻混合。另一方面，著重考慮材料的固化程度。通常情況下，樹脂材料可在室溫下完成固化過程。在具體使用過程中，技術(shù)人員應(yīng)該考慮樹脂材料與混凝土或者水泥表面是否存在粘結(jié)不合理以及其他使用不當(dāng)問題。通過嚴格規(guī)范個人的技術(shù)操作行為，保障樹脂材料與混凝土或者水泥表面的粘結(jié)時間以及固化時間滿足預(yù)期定標準。除此之外，著重考慮樹脂材料的物理特性。在應(yīng)用過程中應(yīng)該對周邊環(huán)境情況以及被粘合材料的理化性質(zhì)進行重點研究與分析，保障樹脂材料物理特性不受影響。

2.2 適用范圍

碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)通?？捎糜诠こ添椖扛鱾€部位當(dāng)中，結(jié)合各部位承載能力以及穩(wěn)定性能，針對性對其進行維修加固處理。在具體操作過程中，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)可應(yīng)用于建筑物兩個混凝土結(jié)構(gòu)的相互結(jié)合位置，通過加固處理，保障結(jié)合處位置的安全穩(wěn)定性。舉例而言，可應(yīng)用于橋梁以及橋墩的結(jié)合位置處。與此同時，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)可應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)重要位置，通過不斷加固混凝土結(jié)構(gòu)承載能力以及穩(wěn)定性能，減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫等質(zhì)量通病問題出現(xiàn)。

如可應(yīng)用于混凝土梁、混凝土柱以及混凝土板等重要結(jié)構(gòu)位置當(dāng)中。除此之外，還可以應(yīng)用于某些磚砌體結(jié)構(gòu)位置，通過按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程要求對該部位進行精準加固處理，保障主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能以及質(zhì)量性能得以雙重提升。一般來說，碳纖維材料在加固維修應(yīng)用過程中一般都可以發(fā)揮抗彎加固作用，保障建筑結(jié)構(gòu)承載能力以及穩(wěn)定性能得以全面加強。或者也可以應(yīng)用于建筑工程抗剪加固施工當(dāng)中，如可以通過利用碳纖維材料約束混凝土，盡量降低混凝土在減力作用下發(fā)生裂縫問題的可能性。

3 市政建筑工程中碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的應(yīng)用實例及要點分析

某市政大橋于2003年建成運營，經(jīng)過多年的運行使用，該大橋所面臨的交通荷載作用力逐漸加大。再加上受到傳統(tǒng)設(shè)計以及施工等局限影響，經(jīng)過長時間的運行使用該橋梁現(xiàn)有的通行能力明顯減退，甚至無法滿足正常通車需求。針對于此，需要對現(xiàn)有橋梁進行改建處理，尤其要重點針對部分主體結(jié)構(gòu)進行維修加固，以切實提高橋梁通車能力?？紤]到橋梁結(jié)構(gòu)承載能力以及穩(wěn)定性能，相關(guān)人員主動將碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)引入到現(xiàn)場施工當(dāng)中。通過利用碳纖維材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢以及性能特征，全面鞏固加強橋梁主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能與安全性能。

3.1 加固方案優(yōu)化

結(jié)合市梁工程項目加寬施工要求以及相關(guān)數(shù)據(jù)資料，技術(shù)人員需要按照相關(guān)計算原則完成對橋梁上下部結(jié)構(gòu)以及新增荷載變化等數(shù)據(jù)的精確計算。結(jié)合驗算結(jié)果可以判定原橋梁基礎(chǔ)以及橋墩結(jié)構(gòu)大體上可以滿足橋梁加寬后的荷載變化要求，整體所表現(xiàn)出的可行性價值較強。然而，部分重要結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的承載力富余量不足問題比較明顯，像橋面板梁、T梁等，不符合原橋加寬后對新荷載的實際要求。因此技術(shù)人員需要對部分主體結(jié)構(gòu)進行加固處理。經(jīng)過多方技術(shù)對比以及經(jīng)濟分析之后，技術(shù)人員采用粘貼碳纖維布加固方式進行施工處理。

在具體操作過程中，施工人員可針對板梁以及梯梁跨中位置進行重點處理，可以沿著梁底縱向方向粘貼碳纖維布。結(jié)合實際情況來看，可粘貼40 cm寬度的碳纖維布進行施工使用。與此同時，施工人員需要在制作兩端位置粘貼25 cm寬度的L型碳纖維箍。除此之外，施工人員應(yīng)按照施工方案要求在蓋梁兩側(cè)粘貼碳纖維U型箍。完成上述施工操作之后，施工人員需要重點針對蓋梁頂部位置進行操作處理，如用帶狀碳纖維布壓條進行處理。另外，碳纖維箍尺寸以及粘貼層數(shù)需要根據(jù)加固梁體結(jié)構(gòu)鋼筋截面積實際情況以及缺失程度進行判斷分析。

3.2 加固施工要點分析

3.2.1 施工準備

在施工準備階段，施工單位應(yīng)該聯(lián)合其他參建單位針對碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)內(nèi)容開展前期優(yōu)化準備工作。一方面，專項技術(shù)人員需要結(jié)合現(xiàn)有規(guī)范以及要求對結(jié)構(gòu)承載量進行科學(xué)計算。根據(jù)計算數(shù)據(jù)結(jié)果，完成對結(jié)構(gòu)承重能力的全面分析。在此基礎(chǔ)上，對施工方案設(shè)計細節(jié)以及技術(shù)需求進行合理明確。

另一方面，施工單位應(yīng)該加強進場交底。期間，施工單位應(yīng)該安排主要技術(shù)人員與設(shè)計方進行有效交接，可針對施工方案內(nèi)容以及技術(shù)工藝內(nèi)容進行探討交流，保障施工方案可行性以及技術(shù)應(yīng)用合理性。除此之外，施工單位還應(yīng)該注意施工設(shè)備以及材料質(zhì)量檢測與保管問題，避免入場使用的物料存在質(zhì)量不合格問題。

3.2.2 結(jié)構(gòu)表面打磨與裂縫填充

結(jié)構(gòu)表面打磨與裂縫填充基本上可以視為碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工技術(shù)的重點內(nèi)容。結(jié)合大量實踐經(jīng)驗來看，待加固混凝土結(jié)構(gòu)表面打磨平整度以及光滑度表現(xiàn)會對碳纖維加固施工質(zhì)量效果產(chǎn)生決定性影響。針對于此，在施工處理過程中，施工人員應(yīng)該按照設(shè)計圖紙要求對加固混凝土結(jié)構(gòu)表面基線位置進行合理確定，借助角磨機等設(shè)備對表面存在的凸起問題進行針對性處理。

對于拐角難以到達的區(qū)域，建議施工人員可以采取人工操作方式，如砂紙打磨及時清除雜物，增強結(jié)構(gòu)表面的平整性。此外，由于本工程項目建設(shè)時間較早且通行時間長，其混凝土結(jié)構(gòu)容易受到氣候條件以及車輛荷載等因素影響而出現(xiàn)裂縫問題。在具體處理過程中，施工人員可利用膩子、環(huán)氧樹脂膠等材料完成填充修補操作。必要時，可按照配合比要求適當(dāng)摻入固化劑，以加快材料凝固速度，達到良好的填充修補效果。

3.2.3 涂刷底膠操作

涂刷底膠施工操作需要嚴格控制現(xiàn)場施工環(huán)境溫度，以本工程項目為例，底膠涂刷操作需要在零下5℃以上的施工環(huán)境下進行。關(guān)于涂刷方式的選擇需要結(jié)合底膠材料性質(zhì)特點進行合理選擇與應(yīng)用施工。其中，如果施工人員采用bayashi-Mitsubishi涂刷方式進行施工處理，那么就需要在混凝土構(gòu)件表面采取涂刷底漆、樹脂漆材料等方式進行施工處理；如果施工人員采用Mbrace涂刷方式，那么就需要提前對混凝土結(jié)構(gòu)表層進行底漆涂刷處理，涂刷結(jié)束之后需要利用浸漬劑進行預(yù)制處理，預(yù)制完成之后可粘貼碳纖維材料；如果采用SIKA涂刷方式，施工人員需要將粘結(jié)劑均勻涂刷到施工表面位置，利用環(huán)氧樹脂等施工材料對碳纖維材料進行預(yù)制處理。等待一段時間之后，固定處理。本工程項目通過采用第三種涂刷方式，可達到良好的加固維修效果。

3.2.4 碳纖維布粘貼施工

碳纖維布粘貼施工需要加強對材料切割長度的控制管理。以本工程項目為例，切割長度可控制在3.0 m左右，避免過短或者過長對結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生不利影響。與此同時，粘貼施工期間應(yīng)該預(yù)留出通風(fēng)空間，保持良好的通風(fēng)效果，加速粘貼膠水固結(jié)。除此之外，碳纖維布搭設(shè)寬度需要控制在設(shè)計范圍之內(nèi)，如本工程需要控制在20 cm左右。

完成上述施工操作之后，施工人員應(yīng)該觀察所粘結(jié)的碳纖維部內(nèi)是否存在氣泡問題，一旦存在氣泡問題，應(yīng)及時排除，并利用膠帶纏繞固定。本工程項目在完成碳纖維加固施工操作之后可對防火層進行涂裝處理。涂裝過程中，施工人員必須明確涂刷防火層操作需要在碳纖維布完全固化之前完成。這樣做的主要目的在于增強防火涂層與粘結(jié)膠水之間的粘結(jié)力度，保障材料耐久性能以及延展性能全面提升。

3.3 加固效果評價

客觀來講，市政橋梁工程混凝土結(jié)構(gòu)碳纖維加固施工所表現(xiàn)出的工藝要求相對較高，如果加固材料或者施工工藝不符合設(shè)計要求，那么均無法達到預(yù)期的加固施工效果，需要進行室內(nèi)試驗。以碳纖維加固材料室內(nèi)試驗項目為例，在試驗分析過程中，試驗人員應(yīng)該重點圍繞碳纖維加固材料的抗拉強度、彈性模量以及伸長率等指標數(shù)據(jù)進行測試分析。在施工工藝現(xiàn)場檢測方面，檢測人員需要在碳纖維布加固施工結(jié)束之后，利用多功能強度檢測儀對主體結(jié)構(gòu)加固施工效果進行測試分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果判斷當(dāng)前加固效果是否滿足設(shè)計要求。經(jīng)試驗分析來看，經(jīng)多組測試驗測到的粘接強度均值為2.98 MPa，基本上可以滿足設(shè)計規(guī)范要求。

4 市政建筑工程中碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工質(zhì)量管理措施分析

健全完善施工質(zhì)量保證措施是促進碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工管理工作順利開展的重要基礎(chǔ)。各參建單位需要深入掌握市政建筑工程施工需求以及建設(shè)環(huán)境特點，對碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工方式是否適用可行進行判斷分析。經(jīng)確認可行之后，需要對碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工質(zhì)量保證措施進行健全完善。一方面，技術(shù)負責(zé)人員應(yīng)該加強與工長、內(nèi)業(yè)等主體人員的溝通交流力度，讓全體參建人員可以熟悉掌握施工工藝以及操作規(guī)程。同時，各參建單位應(yīng)該對碳纖維結(jié)構(gòu)加固施工方案以及重難點問題進行研討分析。經(jīng)過一系列討論分析之后，對最終施工方案進行敲定落實。

另一方面，現(xiàn)場施工階段施工單位應(yīng)該率先發(fā)揮出質(zhì)量監(jiān)督管控責(zé)任，尤其要重點加強對隱蔽施工問題的妥善處理，隱蔽施工工序經(jīng)確認合格之后才可以開展下一道工序操作。此外，施工管理人員應(yīng)該堅持貫徹落實品質(zhì)提升目標，加強對現(xiàn)場施工材料質(zhì)量問題的嚴格管控。如現(xiàn)場所使用的碳纖維材料必須經(jīng)過一系列質(zhì)檢且合格之后才可以入場使用。此外，施工單位應(yīng)該加強對機電設(shè)備安裝應(yīng)用以及調(diào)試管理問題的妥善處理。必須嚴格按照相關(guān)技術(shù)操作規(guī)程要求進行合理安裝施工與調(diào)試管理，以免引發(fā)設(shè)備應(yīng)用風(fēng)險問題，引發(fā)安全風(fēng)險。

5 結(jié)論

總而言之，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已經(jīng)成為市政建筑工程施工加固體系不可或缺的技術(shù)手段。鑒于碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的重要性，相關(guān)人員應(yīng)該主動結(jié)合碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)原理以及適用范圍，對施工方案內(nèi)容進行健全完善，保障纖維結(jié)構(gòu)加固效果。此外，現(xiàn)場施工人員應(yīng)該按照設(shè)計圖紙規(guī)范，正確處理施工問題，以鞏固增強主體結(jié)構(gòu)加固維修效果。