碳纖維布在碼頭橫梁裂縫加固修補處理中的應用

吳俊1 徐斌2

【摘要】本文針對舟山老塘山港區(qū)一碼頭裂縫修補加固施工工程實例進行分析，對于因為超負荷運用而導致構(gòu)件出現(xiàn)的裂縫問題，提出了碳纖維布加固補強的施工方案，闡述了選用碳纖維布加固補強的施工工藝和注意事項以及驗證了碳纖維布加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術適合鋼筋混凝土的加固修補。

【關鍵詞】碳纖維布?碼頭?橫梁?裂縫?加固修補

1?工程概述

舟山老塘山港區(qū)一碼頭始建于2007年，歷經(jīng)5年運營，長期處于疲勞以及超負荷使用中，任其發(fā)展必將影響碼頭安全運行。該碼頭為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，由棧橋與平臺兩部分組成，碼頭設計泊靠8萬噸級沿海貨輪，然而在一次超設計噸級船舶停靠過程中，碼頭一橫梁因遭超負荷撞擊在海側(cè)端產(chǎn)生幾道應力性通長裂縫，縫寬近2～4mm不等，且有繼續(xù)開展的趨勢。在裂縫開展不能控制下，通過與設計單位的溝通和研究，我們決定采用粘貼碳纖維布的加固措施來限制結(jié)構(gòu)的變形并進一步補強裂縫結(jié)構(gòu)以保證結(jié)構(gòu)的承載力與耐久性達到設計使用要求。

2?加固方案以及施工工藝

由于該加固修補部位位于碼頭下橫梁，因潮水影響可施工時間非常有限，且現(xiàn)場無法架設大型施工機具，使用功能要求加固后不過分改變結(jié)構(gòu)物外形尺寸，又要滿足投入使用后承載的碼頭自身靜荷載和碼頭上部門機運作和停靠船舶撞擊時的動荷載，以及考慮到海水環(huán)境中使用耐久性的要求，我們決定選用碳纖維布加固補強施工工藝。

2.1?灌漿法施工

（1）因碼頭橫梁裂縫近2～4mm左右，故需先對橫梁裂縫內(nèi)部進行灌漿施工，對橫梁內(nèi)部進行填滿密實，使橫梁結(jié)構(gòu)實體質(zhì)量恢復到設計使用要求。

（2）灌漿施工工藝流程圖

（3）對于砼構(gòu)件上大于0.3mm的裂縫，灌漿前需沿裂縫鑿成“V”形槽再封縫，而對于大體積混凝土或大型結(jié)構(gòu)上的深裂縫，需在裂縫上進行鉆孔灌漿，對于走向不規(guī)則的裂縫，除騎縫鉆孔外，另需加鉆斜孔，擴大灌漿通路。鉆孔后，需將裂縫鉆孔周邊砼碎屑粉塵清理干凈。

（4）在裂縫端頭處、交叉處以及裂縫貫穿處，鉆孔內(nèi)均埋設灌漿嘴，其間距當縫寬小于1mm時，為350～500mm，當縫寬大于1mm時，為500～1000mm，埋設時，先在灌漿嘴的底盤上抹一層環(huán)氧膠泥，將灌漿嘴的進漿孔騎縫粘貼在預定的位置上[1]。

（5）對于“V”形槽的裂縫，先在“V”形槽面上，用毛刷涂刷一層厚1～2mm環(huán)氧樹脂漿液，涂刷平整均勻，防止出現(xiàn)氣孔和波紋，再抹上水泥砂漿（本工程采用固特邦HPM-W鋼筋網(wǎng)加固用高性能復合砂漿封縫）對裂縫進行封縫。

（6）裂縫封閉后進行壓氣試漏，檢查封縫效果，待封縫砂漿有一定強度時再進行試漏，試漏前沿裂縫涂一層肥皂水，從灌漿嘴通入壓縮空氣，凡漏氣處均予修補密封至不漏為止。

（7）灌注漿液配制按照原料不同的配方進行，漿液一次配備數(shù)量，以漿液的凝固時間及進漿速度來確定，本工程漿液采用固特邦HPG-A無收縮自流密實水泥基高強澆注料。

2.2?碳纖維布修復加固方案

1.混凝土基底處理。

（1）將灌注漿液砼構(gòu)件表面殘缺、破損部分清理干凈，對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，采用固特邦HPM-W鋼筋網(wǎng)加固用高性能復合砂漿進行修補、復原，達到表面平整。

（2）對貼片范圍進行定位、彈墨線，按修復、補強設計要求進行。

（3）將構(gòu)件表面凸出部分（混凝土構(gòu)件交接部位、模板的錯差等）打磨平整，修復后的砼面要盡量平順。棱角的部位，用磨光機磨成圓角，圓角半徑宜≥30mm，最小不得小于20mm。

（4）清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥，可使用廢棄棉被進行清潔擦干，或采用煤氣噴燈，在控制噴燈移動速度、噴燈與混凝土表面間距情況下烘烤，在取得除濕和清除苔跡的效果后，立即進行電動鋼絲輪打磨，以去除橫梁表面浮灰、污漬以及油污等附著物。

2.涂底層涂料。

（1）本工程底層涂料碳纖維浸漬粘貼膠采用固特邦JN-C3PA/B劑，把粘貼膠的A劑和B劑按配膠重量比A：B=100：40稱量準確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻。

（2）用滾筒刷均勻地涂抹粘貼膠，滾筒刷不應含有任何加溶劑。

（3）粘貼膠指觸干燥后，在構(gòu)件表面有凝結(jié)凸起時，用砂紙磨光。磨光后若露出混凝土基面，再補涂粘貼膠。指觸干燥時間因環(huán)境氣溫不同而不同，一般在1h到3d之間變化。

（4）本粘貼膠施工環(huán)境應干燥、通風、粘貼面潔凈干燥、無油污，固化環(huán)境溫度不低于5℃，在氣溫5℃以下、相對濕度RH>85%、混凝土表面含水率在8%以上，有結(jié)露而無有效措施時，不得施工[2]。

3.粘貼碳纖維片。

（1）防止碳纖維片受損，碳纖維片在運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受到彎折，因此，貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸裁切碳纖維片，每段長度一般以不超過6m為宜，要使用更長的片材時，除精心防止彎折外，對脫泡（即趕出氣泡）、滲浸過程必須加倍謹慎操作，為防止片材在保管過程中損壞，片材的裁切數(shù)量應以當天的用量為準[3]。

（2）貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)膠，稱為下涂。下涂的涂量標準如下：200g/m2的碳纖維片，400～500g/m2;300g/m2的碳纖維片，500～600g/m2。涂量根據(jù)施工部位的粗糙程度而變化，拱起部分、拐角部分、纖維片搭接部位以及殘缺修補處要多涂一些。

（3）碳纖維布300mm寬，貼片時，碳纖維布絲方向與裂縫垂直，裂縫兩邊各150mm寬，纖維片沿結(jié)構(gòu)裂縫縱向接頭處搭接長度必須在10cm以上，且在該部位多涂抹粘結(jié)膠;在碳纖維片和粘貼膠之間不應留有空氣，為此，應用專用工具沿著纖維方向在碳纖維片上多次滾壓，使粘結(jié)膠充分滲浸碳纖維片中。

（4）纖維片施工半小時（根據(jù)干燥程度）后，用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)膠，稱為上涂。上涂涂量標準如下：300g/m2的纖維片，200～100g/m2;300g/m2的纖維片，300～200g/m2。上涂時和（3）一樣，用脫泡羅拉沿纖維方向用力滾壓2～3次，使纖維內(nèi)部補充、滲浸粘結(jié)樹脂。

（5）需粘貼2層以上碳纖維片時，必須在首層修補完空鼓后再進行第二層碳纖維布的粘貼。

（6）如碳纖維片在施工中產(chǎn)生空鼓，處理方法如下：

①在碳纖維片空鼓處打開2個以上的孔，使用注射器從孔中注入粘結(jié)膠;

②沿纖維方向稍微割開，再用橡膠刮板、毛刷沾上適量粘貼膠，填進割開的縫內(nèi)。

4.養(yǎng)護。

（1）粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護24h達到初期固化，并應保證固化期間不受干擾;

（2）在每道工序以后粘貼膠固化之前，用塑料薄膜等遮擋以防止風沙或雨水侵襲;

（3）當粘貼膠固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時，可采用低溫粘貼膠，或采取有效的加溫措施;

3?碳纖維布加固施工優(yōu)勢

⑴碳纖維布重量輕，施工時不用任何重型設備，其厚度很薄，不需要較大的空間;

⑵采用高彈性模量的碳纖維布加固鋼筋砼結(jié)構(gòu)，能取得類似于鋼板加固的同等效果，但其結(jié)構(gòu)重量未增加，外表也輕巧美觀[4];

⑶由于加固只使用碳纖維和配套粘貼膠，因此不會產(chǎn)生生銹現(xiàn)象，并且具有耐海水環(huán)境腐蝕等性能，碳纖維布本身具有極好的抗化學作用，非常適合碼頭加固并保證其耐久性;

⑷在該橫梁加固工程中使用碳纖維布，為工程節(jié)約了資金，也大大縮短了施工周期。

4?結(jié)語

該碼頭裂縫橫梁在經(jīng)過碳纖維布粘貼加固施工后，達到了設計使用指標并順利通過了舟山市質(zhì)檢中心對其的實體檢測。綜上所述，碳纖維布粘貼加固施工工藝是加固鋼筋砼構(gòu)件行之有效的方法，值得在碼頭等類似加固工程中推廣應用，以取得更好的技術經(jīng)濟效果。

參考文獻：