碳纤维布加固码头混凝土施工工艺及效果分析

门奎锋，罗 雷

(中交武汉港湾工程设计研究院有限公司海工结构新材料及维护加固技术湖北省重点实验室，武汉 430040)

港口码头结构在日常频繁作业过程中不断出现的结构破损及材料劣化导致功能降低，导致码头的作业能力不能得到保证，存在安全及耐久性能不足的危险。目前针对码头维修加固的施工中，除了对裂缝的灌胶修补外，主要的加固方法有粘贴碳纤维复合材料、碳纤维布与配套浸渍胶共同使用成为碳纤维复合材料，碳纤维布具有高抗拉性能，可以提高混凝土结构的承载能力及强度，也可以避免混凝土裂缝的进一步发展。通过对粘贴碳纤维布复合材的施工工艺的探究以及加固效果分析，可以了解此类加固施工在现阶段结构补强施工中应用广泛，效果明显。

1 材料性能

某码头加固采用粘贴高强I级碳纤维布，设计厚度为0.167 mm，单位质量300 g/m2。U型箍和压条均采用高强I级碳纤维布。其性能指标必须符合规范要求。设计要求的高强I级碳纤维布性能要求及采购的碳纤维布实际性能检测结果如表1所示。

表1 某碳纤维布性能检测结果表

粘贴碳纤维复合材料的胶粘剂，其性能指标必须符合规范规定。不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂作浸渍和粘结胶粘剂。因横梁、桩帽易受潮水影响，应采用符合要求的湿固化胶粘剂。与干表面混凝土的正拉粘结强度≥2.5 MPa，且碳纤维正拉粘结强度检测破坏形式应为混凝土内聚破坏。

码头加固施工前先将材料见证取样送检，通过对某品牌高强度碳纤维布进行材料性能检测，结果显示，各项指标均符合规范要求。因此施工工艺及施工质量将直接决定加固效果是否能够达到设计预期效果，从而达到加固目的。

2 施工工艺

码头混凝土构件的加固原则是在原构件维修完成后，在构件表面粘贴碳纤维布，提高梁板构件的承载能力，起到码头加固的效果，同时碳纤维布外包在码头构件外可以对原结构防腐起到保护作用。具体施工工艺如下：

卸除荷载→底层处理→涂底层树脂→粘贴碳纤维布→检验→表面保护。

1)卸除荷载[3]：加固前应停止施工区域的码头作业，保证构件处于不受力状态，保证加固效果。

2)底层处理：先对混凝土表面出现的破损、胀裂等缺陷应凿除修补，对锈蚀钢筋进行除锈处理，修补胶将混凝土表面找平，在涂刷底胶前将表面浮尘冲洗干净、晾干，针对潮水浪溅区可以用火烤，保持表面干燥，才能进行下一步施工。

3)涂底层树脂：按照产品使用要求比列进行配制；底层胶均匀涂刷混凝土表面，为保证粘结效果，底层树脂固化后应尽快进行碳纤维布的粘贴。

4)粘贴碳纤维：首先根据设计文件的宽度要求，对碳纤维布进行剪裁，粘结胶按照产品说明的配制比例调配好。然后在粘贴区域均匀涂刷浸渍胶，拐角、搭接部位要着重注意涂刷到位；碳纤维布从构件一侧开始粘贴，另一侧用力张拉，用毛刷反复压扫，可以避免产生气泡，并使浸润胶充分浸透碳纤维布，等碳纤维布表面指触干燥后进行下一层的粘贴，多层粘贴应重复上述步骤。

5)检验：为保证碳纤维布与混凝土之间的粘结质量，在达到粘结强度后，可采用碳纤维拉拔仪进行碳纤维布正拉粘结强度检测，相应检测结果判定可以参考规范进行。

6)表层保护：全部施工完成24 h内应注意对碳纤维布的保护，防止刮伤加固表面，注意防潮，固化后碳纤维表面应采取涂刷防腐涂料的方式进行保护。

7) 碳纤维布施工的注意事项

(1)在表面处理和粘贴碳纤维布前，应先对加固位置、碳纤维布宽度及布条数量进行确认，布条间隔应按设计要求进行。

(2)底层树脂及粘结胶配制时应按产品使用说明规定的配比称量，并均匀搅拌。搅拌用容器内不得有油污及杂质。施工前应制定好计划，避免等待时间过长导致胶水失效，造成浪费。

(3)粘贴碳纤维布是码头加固施工中的关键工序，必须由熟悉施工工艺的专业施工队伍完成，并应精心组织、精心施工，严格把控过程施工质量

3 加固效果分析

以某码头梁板混凝土碳纤维加固施工为例，对加固效果进行探究，该项目所选材料经过见证抽样送检，检测结果均合格。施工部分，严格按照制定的施工方案执行，对粘结胶的配制、涂刷及粘贴及养护等关键程序严格控制。

3.1 加固效果检测

为了确认加固效果，在达到粘结强度后，进行碳纤维正拉粘结强度检测[1]。检测步骤如下：

1)表面处理：随机抽选检测位置，对被测位置的表面进行打磨，保证表面干燥光滑。

2)切割预切缝：从碳纤维布加固表面向混凝土内部进行环形切割，切入深度5～10 mm，宽度约2 mm。预切缝形状为直径50 mm的圆形。

3)粘贴钢标准块：采用高强、快固化的胶粘剂粘贴钢标准块，粘结剂的正拉粘结强度应大于粘贴碳纤维片材的结构胶粘剂正拉粘结强度。钢标准块粘贴后应立即固定。

4)以1 500～2 000 N/min匀速加载，记录正拉粘结强度的峰值，即碳纤维布与混凝土粘结面破坏时的荷载值，并观察破坏形态。

通过检测，现场随机抽检5组，各组每试样强度范围在2.51～3.12 MPa之间，且各试样均为混凝土内聚破坏，满足规范CECS146：2007第B4.4条中判定合格的要求。

3.2 加固效果分析及建议

此次某码头碳纤维布加固施工，碳纤维布与混凝土粘结能力满足设计要求，抽检试样均为混凝土内聚破坏。但如果是老旧码头加固改造，其混凝土性能下降明显，如果进行碳纤维正拉粘结强度检测时会出现混凝土内聚破坏，但粘结力较低的情况，因此在实际加固效果检验过程中应根据建筑物实际情况，必要时辅以其他检测形式进行验证。

根据设计文件中碳纤维布粘贴位置、层数等要求，对码头抗弯、抗剪等能力进行计算，经计算采用碳纤维布加固后的码头梁板抗弯及抗剪能力均能满足码头承载力要求，提高了码头整体运行的安全性及稳定性。

碳纤维材料本身具有强度高、弹性模量高、重量轻且耐腐蚀性好的特点，粘贴碳纤维布时，表面涂刷的浸渍胶为改性环氧树脂胶，其耐腐蚀性、抗老化性能均较良好，胶层固化后裹覆于碳纤维布表面及内部，与混凝土结构形成整体一起受力，因此，海水对碳纤维布和配套的改性环氧胶的浸泡不会影响其耐久性。为提高碳纤维布在海水潮涨潮落中抗冲刷、抗磨损的性能，可考虑在整个加固区域的表面再涂刷防腐涂层，做进一步的防护措施，可以对码头加强保护作用，提升耐久性[4]。

4 结 语

以某外贸码头加固工程为例，通过对碳纤维复合材料的施工工艺及加固效果检测进行了简要分析。此类加固施工应用已经非常广泛，常规的应用主要在混凝土结构方面，该加固方法具有施工工艺简单，成本低，工期短、加固效果明显等优点。在优化施工工艺，加强关键工序施工质量的前提下，可以确保混凝土加固效果，使混凝土结构性能得到有效提升，从而提升码头的安全性及耐久性。