碳纤维布在加固工程中的应用

龙玉辉

（河南省建筑设计研究院有限公司，河南 郑州 450000）

最近几年，随着我国交通运输行业的迅猛发展，现有桥梁难以满足现代化交通发展需求，导致现有桥梁无法正常使用，给人们的人身安全和财产安全造成了一系列的安全隐患。为此，提出一套合理、经济的碳纤维布加固方案，以实现对现有旧桥的科学加固，确保所加固的现有旧桥完全符合桥梁设计相关标准和要求。

1 碳纤维布的主要特点

碳纤维布主要是按照一定的方向，借助碳纤维，采用编织的方式形成的一种常用的布状材料。在进行施工期间，通过使用环氧树脂，可以将碳纤维布科学、有效地粘贴于混凝土表明位置处，以起到加固作用。碳纤维布具有重量轻、抗拉强度高、弹性良好等特征，完全符合加固工程施工需求，同时，碳纤维布运输方便[1]，不需要使用大型设备进行装运，极大地缩小了施工成本。碳纤维布的主要技术指标如表1 所示。

表1 碳纤维布的主要技术指标

2 碳纤维布粘贴施工工艺

2.1 工艺材料准备

2.1.1 碳纤维布

严格按照设计文件、施工工艺相关要求，从型号、规格、性能指标入手，选用合适的碳纤维布。

2.1.2 配套粘接剂

对于碳纤维布而言，其配套的粘接剂具有粘贴强度高、粘接力大、挥发性低、温度范围广等优点。为了满足施工工艺相关需求，配套粘接剂主要包含以下几种：（1）打底胶。打底胶具有强大的渗透功能，通过将其应用于头脑土层表面上，可以充分发挥和利用打底胶优势，使得混凝土表面快速凝固为硬化层[2]。（2）找平胶。当混凝土表面难以达到平整标准时，需要采用平胶修复的方式，将碳纤维平整、有效地粘贴于混凝土表面处。（3）浸润胶。通过使用浸润胶，将碳纤维粘接于混凝土表面处，使得碳纤维与被加固结构两者之间形成一个稳定的受力整体，从而起到一定的承重作用。

2.2 粘贴碳纤维布典型工艺流程

粘贴碳纤维布典型工艺流程如图1 所示。从图中可以看出，整个工艺流程主要包含8 个操作步骤，各个操作步骤都很重要，均直接影响粘贴碳纤维工艺实施水平。相关人员在进行加固工程施工期间，要严格按照这些操作步骤进行[3]，以最大限度地提高工程施工质量。

图1 碳纤维布工艺流程

2.3 关键工序施工要点

2.3.1 混凝土表面处理

在进行混凝土表明处理期间，首先，相关人员要对被加固结构表面的腐蚀、风化等混凝土劣化层，进行彻底清除，确保混凝土结构层被全部露出，同时，还要选用质量合格的修复材料，对混凝土表面进行修复平整处理。其次，要采用灌缝处理与封闭处理相结合的方式，解决混凝土表面的裂缝问题。最后，为了保证混凝土表面的光滑性和平整性，还要对其进行打磨处理，确保混凝土表面的油污、浮浆等杂物被全部清除[4]，此外，还要在转角粘贴位置处，将混凝土表面打磨成半径为19mm 左右的圆弧状结构。并使用清水，对混凝土表面进行彻底清洗，然后，将其放置于阳光下进行干燥处理。

2.3.2 涂刷打底胶和找平胶

在这一环节中，相关人员要使用滚筒刷，向混凝土表面均匀地涂抹打底胶，等到树脂表面逐渐凝固干燥后，需要使用找平胶对混凝土表面局部凹陷部位进行填补平整处理，确保混凝土表面不会出现棱角或者凸出现象。此外，还要使用找平胶，在转角位置处，对半径为19mm 左右的圆弧结构进行修复处理。

2.3.3 粘贴碳纤维布

在对碳纤维布进行粘贴期间，相关人员要从以下几个方面入手，确保整个粘贴操作的规范性和合理性。（1）全面了解和把握施工现场空气温度、空气湿度等相关条件，一旦发现气温在5℃以下，空气湿度远远超过95%，那么，需要暂停施工工作。（2）按照以设计好的尺寸，对碳纤维布进行裁剪处理，确保实际粘贴尺寸满足所规定的标准设计值，同时，还要确保位置偏差不得超过19mm。（3）根据碳纤维排列方向，可以加大碳纤维布的拉伸强度，为此，需要针对结构物受力实际情况，对碳纤维布的实际粘贴方向进行科学控制和调整。（4）对于碳纤维布与混凝土而言，两者之间所达到的有效粘贴面积不能超过95%。一旦发现碳纤维布的空鼓面积低于9cm2时，需要采用针管注胶的方式，对其进行补救处理，如果碳纤维布的空鼓面积超过99cm2时，要及时切除出现局部空鼓的碳纤维布，并将同规格、同型号的碳纤维布重新搭贴于指定的位置处[5]。（5）沿着桥跨两侧不同方向，对碳纤维布进行粘贴处理，避免因工程施工期间出现大量的气泡而严重影响工程最终加固效果，同时，还要使用滚筒工具，沿着碳纤维布纤维方向，对碳纤维布进行多次滚压处理，以起到挤除气泡的作用，最后，使用浸润胶，对碳纤维布进行浸透处理[6]。

3 工程实例

3.1 工程概况

广州港务局西基桥于1986 年建成，桥全长达到了144.6m，设计活载包含两种类型，一种是汽车15 级，另一种是挂车80 级。桥面总宽度达到了10m，完全符合两车道设计相关标准和要求。桥面两侧均设置了宽度为1m 的人行道[7]，人行道下方布置了低压电缆和水管。上部结构主要由3 个连续的板梁组成，所有跨度均达到了8m，总跨数达到了17。主梁作为一种常用的空心板梁，沿着纵向，主要划分为3 块，在进行施工期间，需要进行湿接缝连接。整个桥墩主要借助排架墩方式进行排列，均有两根桩组成[8]，在各个动墩内包含4 根斜桩。桥墩横截面是边长为50cm 的正方形。1 西基桥立面布置图如图1 所示。

图2 西基桥立面布置图

3.2 碳纤维布加固处理方案

通过对西基桥梁进行检测，发现桥梁跨底面出现了不同程度的裂缝问题，出现这一问题的原因可能有以下几种：（1）粱部属于一种常见的钢筋混凝土结构，经常长期使用后，很容易出现裂缝问题。（2）西基桥梁所能承受的最大活载力为-15 级，而桥梁实际所承受的活载力已经远远超过这个等级，导致桥梁底部出现裂缝问题[9]。为了解决这一问题，需要借助碳纤维布加固方案，对桥梁结构以及帽梁结构进行加固处理。

3.2.1 加固设计

为了保证碳纤维布加固设计水平，相关人员要做好以下内容的假定。（1）忽略不计混凝土的特性和作用。（2）当西基桥梁出现弯曲现象时，需要将混凝土、碳纤维进行集中化处理，使其完全符合平截面假定需求。（3）碳纤维材料在具体的使用中，需要根据线弹性应力与应变力之间的关系，借助相应的计算公式，参照如表1 所示。将碳纤维布加固方案科学应用于工程实践中，以保证西基桥梁最终加固效果。

表2 碳纤维布性能指标

3.2.2 加固施工

在确定合适加固部位后，需要碳纤维布所需面积，严格按照相施工流程以及注意事项，开展施工工作。为了进一步提高公式施工质量，当天施工工作结束后，需要加强对粘贴部位的及时检查，一旦发现粘贴部位局部出现空鼓问题时，需要对其进行注胶修补处理，如果空鼓问题比较严重，需要对其进行重新粘贴处理。西基桥帽梁加固补强图如图3 所示。

图3 西基桥帽梁加固补强图（单位：cm）

3.2.4 质量要求

每一道工序结束后，相关人员需要严格按照工艺相关标准和要求，对西基桥梁最终加固效果进行检查，并记录最终的检查结果，一旦发现工程存在质量问题，要在第一时间内向上级部门汇报，并对其进行重新加固施工。此外，在对工程进行检验期间，要采用小锤轻击的方式，对西基桥梁粘贴效果进行检验，同时，还要注意有效粘贴面积不得低于95%，一旦发现西基桥梁出现粘贴不密实问题，要采用针管注胶的方式，对其进行补救处理，只有这样，才能保证工程最终施工质量。最后，还要根据施工现场的温度、湿度等环境条件，将施工温度控制在6℃～36℃之间，同时，相对温度应低于70%。

3.2.5 效益分析

当西基桥梁经过加固处理后，整个桥梁受力良好，当重车通过桥梁时，发现整个板体的下挠度明显下降，同时，板体的振动幅度明显下降，说明西基桥梁取得了理想的加固效果。

4 结束语

综上所述，桥梁在具体的设计中，经常会受到远期规划、施工条件等因素的影响，为了保证现有旧桥加固效果，现提出一套系统、完善的碳纤维加固处理方案，使得碳纤维布科学应用于桥梁加固工程中，这样一来，不仅保证了水陆交通的顺畅性，还缩短了整个施工周期。因此，碳纤维加固处理方案具有较高的可靠性和可行性，值得被进一步推广和应用于桥梁工程加固领域中。