关于碳纤维加固技术在市政工程应用领域的研究

郭 晓 红

(忻州市市政工程管理处，山西 忻州 034000)

0 引言

市政工程的使用年限较长，部分工程存在因设计载荷标准过低而造成的遗留问题。同时部分市政工程的使用环境也较为复杂，在长期使用的过程中，其混凝土梁柱也会出现承载力下降的问题。碳纤维加固技术是起源日本的工程修缮技术。其主要作用是提升混凝土的承载力与强度。使用该技术，可使我国市政工程的维修成本得以降低，其耐用性也将得到加强。因此该技术的应用领域极为广泛。

1 碳纤维加固技术的主要特征

碳纤维加固技术，是利用碳纤维布捆绑混凝土梁、柱，从而实现承重加固的修缮措施。其主要特征有四个方面:其一，碳纤维加固技术的拉伸强度更高。外包钢加固法是加固混凝土的传统方法，其技术逻辑是利用钢材的强度增强混凝土抗拉强度。碳纤维布是采用复合材料制作的加固材料，其抗拉强度可达到7.0 GPa，是普通钢材的12倍。其二，碳纤维加固技术的抗腐蚀性更强。市政工程中的地下建筑较为常见，在潮湿、酸性高的环境下，钢材等加固材料极易受到腐蚀，因此其使用范围受到了较大的限制。碳纤维加固技术并未使用金属材料，因此其具有较强的抗腐蚀性，并可在充满化学气体的环境下长期使用。其三，该技术可实现无缝隙加固。钢材金属类加固材料的弯曲度较差，拐角、凸起等部位极易出现缝隙。碳纤维布是柔性材料，因此其可应对复杂的建筑结构，从而使建筑物的受力更加均匀。其四，施工流程更加便捷。碳纤维材料的占地面积较小并且重量较轻，因此其搬运过程不需要耗费过多的人力。同时碳纤维材料不需要提前塑型，因此其操作设备较少，施工人员可以三人为一小组。

2 碳纤维加固技术在市政工程中的常见问题及预防措施

2.1 碳纤维加固技术在市政工程中的常见问题

碳纤维加固技术在市政工程中的常见问题主要有四个方面:首先，是碳纤维加固材料的质量标准不合格。这一问题主要来自于采购环节，碳纤维加固技术是一种补充性修复措施，部分施工单位对于该措施的重视程度不足，以致价格低廉或前期施工存留的材料也得到使用。其次，是混凝土表面打磨不规范。打磨混凝土表面，是该项施工中的重点环节。表面不均匀将使碳纤维与混凝土表面出现缝隙，这一问题不仅会降低整体的抗拉强度，也会使碳纤维布在长期使用的过程中出现开裂。在结构复杂或操作空间狭小的环境下，施工人员更易出现打磨不均匀等问题。再有，是胶体配比、搅拌不合格。混凝土的裂缝处需要填充胶体，其表面也需要涂抹粘贴剂，这部分胶体都需要均匀调配、搅拌。但部分设备不全的施工现场极易在这一环节出现问题。最后，是碳纤维布受损。碳纤维布的拉力部分来源于其整体的张力，因此碳纤维布的边缘都得到了强化处理。若在施工或搬运的过程中出现横向破损，将使其拉力受到破坏。

2.2 碳纤维加固技术常见问题的预防措施

在具体的施工中，施工单位应对常见问题予以足够的重视，并制定有效的防范措施。首先，针对施工材料不达标的问题，市政工程的驻地甲方代表，可通过甲方指定采购的方式，促使施工单位采购合格的施工材料，从而使施工质量得到保障。其次，针对混凝土表面打磨不合格的问题，施工单位应当对施工人员进行严格的岗前培训，并对拐角处等结构复杂的表面进行集中检查。再有，针对胶体配比、搅拌不均匀的问题，施工单位可购置中型搅拌机，并要求技术人员在现场进行调配，通过这样的方式该项施工的技术标准将得到提高。最后，针对碳纤维布的损伤问题，施工单位应制定严格的拆包制度与存放制度。例如，碳纤维布只能在施工现场拆包，缠裹的过程中也应当得到辅助人员的协助以避免出现划伤。

3 碳纤维加固技术在市政工程中的施工流程

3.1 前期准备

碳纤维加固技术的前期准备主要分为三个部分。一是承重分析。在这一过程中，设计人员将依据国家标准，对市政工程的载重量进行计算，从而确定施工图纸与技术要求。二是进场交底。在这一过程中，施工单位将携主要技术人员与设计部门进行交接，并制定施工计划。三是材料与设备进场。施工材料主要包含碳纤维布、混凝土裂缝填充物(腻子或胶体等)、粘合剂，胶带等。施工设备主要有角磨机、滚刷、搅拌器、切割机、砂纸等。

3.2 打磨混凝土表面

打磨混凝土表面，是极为关键的施工环节。在施工中，施工人员首先要确定表面基线，并以此为基准利用角磨机对表面凸起物进行处理。针对拐角等复杂结构，施工人员可利用砂纸等工具进行手动清除。在混凝土表面平整后，施工人员可利用清洗剂对其进行二次处理。混凝土表面存在较多的颗粒，这部分颗粒将对碳纤维布的粘贴带来负面影响。

3.3 填充混凝土裂缝

混凝土表面通常会存在一些裂缝，在涂刷底漆前要对其进行处理。针对缺损较为严重的部分，施工单位可利用腻子进行表面修补，在具体的使用中也可增加固化剂，以提升腻子的凝固速度。

针对小于0.2 mm的裂缝，施工单位可利用环氧树脂进行表面密封。而超过0.2 mm的裂缝可利用环氧树脂胶填充。之后，施工单位应当对填充表面进行打磨、清洗。

3.4 涂刷底胶

涂刷底胶通常要在-5 ℃以上的温度环境下进行，其具体的涂刷方式可依据材料的不同分为三种。其一是bayashi-Mitsubishi法，该方法需要在混凝土表面涂刷底漆，并在修复加固结构的表面涂刷树脂漆。此种方法适用于Repiark碳纤维布，在粘贴时也要在布内侧涂刷树脂。其二是Mbrace法，该方法需要在混凝土表面涂刷Mbrace底漆，并再次涂刷浸渍剂。而Mbrace碳纤维布可直接粘贴纸至涂料表面。其三是SIKA法，该方法需要在混凝土表面涂刷Sikadur粘结剂，并将碳纤维条涂刷环氧树脂。之后应在24 h内对其进行固定。

3.5 粘贴碳纤维布

在粘贴碳纤维布的过程中，施工人员应当将碳纤维布的切割长度限制在6 m以内，以减少缠裹过程中造成的损害。部分需要涂刷胶体的粘贴方式，应预留宽敞通风的存放处。在切割的过程中，施工人员要利用锋利刀具一次性切割，以避免出现损伤。在具体的粘贴过程中，各布条的搭接处应不低于20 cm。施工人员应当利用手工操作的方式，排除连接处的气泡，并在粘贴结束后利用胶带等固定物对其进行缠绕。

3.6 涂装防火层

涂装防火层是加装碳纤维加固技术的最后环节。在实施该环节的过程中，施工人员应当在碳纤维布即将固化的阶段，涂刷防火涂层。这样的施工技术更有利于防火涂层与胶体的粘结。其耐用性将得到提升。

4 结语

碳纤维加固技术的施工流程并不复杂，在市政工程的应用中，施工人员首先要配备防毒装备。混凝土的填充胶体与涂刷层含有高比例的化学元素，在涂刷过程中施工人员应当做好严格的防护措施。之后施工人员应当重点清理混凝土表面并对裂缝与缺损处进行修补以提升粘贴强度。再有在胶体涂刷前，施工人员应对胶体均匀搅拌，并对粘贴后的碳纤维布进行固定，当胶体逐渐凝固后施工人员可再涂刷防火材料。