市政建筑工程中碳纖維結構加固技術的應用

錢桂敏

（中國華西工程設計建設有限公司，四川 成都 610000）

1 碳纖維結構加固技術應用發展分析

近些年來，隨著城市建設步伐的持續加快，新興技術以及材料工藝逐漸朝向多元化方向發展。為助力市政建筑工程質量創優目標順利實現，管理人員主動引入應用新工藝以及新材料，健全完善施工建設體系以及技術應用機制。其中，碳纖維結構加固技術作為新時期市政建筑工程項目經常應用的技術手段，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構承載能力以及穩定性能。結合應用發展情況來看，碳纖維結構可根據所使用原材料的不同細化分為多種結構形式，比較常見的有碳纖維布、碳纖維預應力筋、碳纖維板等。

與普通材料不同，碳纖維材料所表現出的軸向抗拉強度較高、質量輕、抗腐蝕以及耐久性能相對優越。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材料實現碳纖維材料與混凝土構件表面的粘結應用，達到良好的補強加固效果。結合當前應用發展情況來看，隨著行業規范以及技術標準的不斷健全完善，碳纖維結構加固技術已經初步形成標準的技術規程，可以輔助與指導現場施工。

2 碳纖維結構加固技術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，碳纖維通常需要經過環氧樹脂浸泡形成全新的復合材料，達到良好的建筑結構加固效果。結合現場施工情況來看，在使用碳纖維材料的過程中，除了需要提前用環氧樹脂浸泡處理之外，還需要經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。客觀來講，在施工處理過程中，技術人員必須明確樹脂材料的重要性，并按照規范要求進行精準操作。結合以往的經驗來看，樹脂的使用方式相對固定，但是需要注意選擇應用問題。

一方面，應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，因此在配比設計過程中，應該按照相關設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，技術人員應該考慮樹脂材料與混凝土或者水泥表面是否存在粘結不合理以及其他使用不當問題。通過嚴格規范個人的技術操作行為，保障樹脂材料與混凝土或者水泥表面的粘結時間以及固化時間滿足預期定標準。除此之外，著重考慮樹脂材料的物理特性。在應用過程中應該對周邊環境情況以及被粘合材料的理化性質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

碳纖維結構加固技術通常可用于工程項目各個部位當中，結合各部位承載能力以及穩定性能，針對性對其進行維修加固處理。在具體操作過程中，碳纖維結構加固技術可應用于建筑物兩個混凝土結構的相互結合位置，通過加固處理，保障結合處位置的安全穩定性。舉例而言，可應用于橋梁以及橋墩的結合位置處。與此同時，碳纖維結構加固技術可應用于混凝土結構重要位置，通過不斷加固混凝土結構承載能力以及穩定性能，減少混凝土結構裂縫等質量通病問題出現。

如可應用于混凝土梁、混凝土柱以及混凝土板等重要結構位置當中。除此之外，還可以應用于某些磚砌體結構位置，通過按照相關技術規程要求對該部位進行精準加固處理，保障主體結構穩定性能以及質量性能得以雙重提升。一般來說，碳纖維材料在加固維修應用過程中一般都可以發揮抗彎加固作用，保障建筑結構承載能力以及穩定性能得以全面加強。或者也可以應用于建筑工程抗剪加固施工當中，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生裂縫問題的可能性。

3 市政建筑工程中碳纖維結構加固技術的應用實例及要點分析

某市政大橋于2003年建成運營，經過多年的運行使用，該大橋所面臨的交通荷載作用力逐漸加大。再加上受到傳統設計以及施工等局限影響，經過長時間的運行使用該橋梁現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，需要對現有橋梁進行改建處理，尤其要重點針對部分主體結構進行維修加固，以切實提高橋梁通車能力。考慮到橋梁結構承載能力以及穩定性能，相關人員主動將碳纖維結構加固技術引入到現場施工當中。通過利用碳纖維材料的結構優勢以及性能特征，全面鞏固加強橋梁主體結構穩定性能與安全性能。

3.1 加固方案優化

結合市梁工程項目加寬施工要求以及相關數據資料，技術人員需要按照相關計算原則完成對橋梁上下部結構以及新增荷載變化等數據的精確計算。結合驗算結果可以判定原橋梁基礎以及橋墩結構大體上可以滿足橋梁加寬后的荷載變化要求，整體所表現出的可行性價值較強。然而，部分重要結構所表現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。因此技術人員需要對部分主體結構進行加固處理。經過多方技術對比以及經濟分析之后，技術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，施工人員應按照施工方案要求在蓋梁兩側粘貼碳纖維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需要根據加固梁體結構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，施工單位應該聯合其他參建單位針對碳纖維結構加固技術內容開展前期優化準備工作。一方面，專項技術人員需要結合現有規范以及要求對結構承載量進行科學計算。根據計算數據結果，完成對結構承重能力的全面分析。在此基礎上，對施工方案設計細節以及技術需求進行合理明確。

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

3.2.2 結構表面打磨與裂縫填充

結構表面打磨與裂縫填充基本上可以視為碳纖維結構加固施工技術的重點內容。結合大量實踐經驗來看，待加固混凝土結構表面打磨平整度以及光滑度表現會對碳纖維加固施工質量效果產生決定性影響。針對于此，在施工處理過程中，施工人員應該按照設計圖紙要求對加固混凝土結構表面基線位置進行合理確定，借助角磨機等設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，增強結構表面的平整性。此外，由于本工程項目建設時間較早且通行時間長，其混凝土結構容易受到氣候條件以及車輛荷載等因素影響而出現裂縫問題。在具體處理過程中，施工人員可利用膩子、環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場施工環境溫度，以本工程項目為例，底膠涂刷操作需要在零下5℃以上的施工環境下進行。關于涂刷方式的選擇需要結合底膠材料性質特點進行合理選擇與應用施工。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構表層進行底漆涂刷處理，涂刷結束之后需要利用浸漬劑進行預制處理，預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劑均勻涂刷到施工表面位置，利用環氧樹脂等施工材料對碳纖維材料進行預制處理。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構性能產生不利影響。與此同時，粘貼施工期間應該預留出通風空間，保持良好的通風效果，加速粘貼膠水固結。除此之外，碳纖維布搭設寬度需要控制在設計范圍之內，如本工程需要控制在20 cm左右。

完成上述施工操作之后，施工人員應該觀察所粘結的碳纖維部內是否存在氣泡問題，一旦存在氣泡問題，應及時排除，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膠水之間的粘結力度，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構碳纖維加固施工所表現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計要求，那么均無法達到預期的加固施工效果，需要進行室內試驗。以碳纖維加固材料室內試驗項目為例，在試驗分析過程中，試驗人員應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據進行測試分析。在施工工藝現場檢測方面，檢測人員需要在碳纖維布加固施工結束之后，利用多功能強度檢測儀對主體結構加固施工效果進行測試分析。根據分析反饋結果判斷當前加固效果是否滿足設計要求。經試驗分析來看，經多組測試驗測到的粘接強度均值為2.98 MPa，基本上可以滿足設計規范要求。

4 市政建筑工程中碳纖維結構加固施工質量管理措施分析

健全完善施工質量保證措施是促進碳纖維結構加固施工管理工作順利開展的重要基礎。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環境特點，對碳纖維結構加固施工方式是否適用可行進行判斷分析。經確認可行之后，需要對碳纖維結構加固施工質量保證措施進行健全完善。一方面，技術負責人員應該加強與工長、內業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程。同時，各參建單位應該對碳纖維結構加固施工方案以及重難點問題進行研討分析。經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，現場施工階段施工單位應該率先發揮出質量監督管控責任，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，施工管理人員應該堅持貫徹落實品質提升目標，加強對現場施工材料質量問題的嚴格管控。如現場所使用的碳纖維材料必須經過一系列質檢且合格之后才可以入場使用。此外，施工單位應該加強對機電設備安裝應用以及調試管理問題的妥善處理。必須嚴格按照相關技術操作規程要求進行合理安裝施工與調試管理，以免引發設備應用風險問題，引發安全風險。

5 結論

總而言之，碳纖維結構加固技術已經成為市政建筑工程施工加固體系不可或缺的技術手段。鑒于碳纖維結構加固技術的重要性，相關人員應該主動結合碳纖維結構加固技術原理以及適用范圍，對施工方案內容進行健全完善，保障纖維結構加固效果。此外，現場施工人員應該按照設計圖紙規范，正確處理施工問題，以鞏固增強主體結構加固維修效果。