市政建筑工程中碳纤维结构加固技术的应用

钱桂敏

（中国华西工程设计建设有限公司，四川 成都 610000）

1 碳纤维结构加固技术应用发展分析

近些年来，随着城市建设步伐的持续加快，新兴技术以及材料工艺逐渐朝向多元化方向发展。为助力市政建筑工程质量创优目标顺利实现，管理人员主动引入应用新工艺以及新材料，健全完善施工建设体系以及技术应用机制。其中，碳纤维结构加固技术作为新时期市政建筑工程项目经常应用的技术手段，主要通过利用纤维增强塑料等新材料所具备的独特性能，可以巩固增强主体结构承载能力以及稳定性能。结合应用发展情况来看，碳纤维结构可根据所使用原材料的不同细化分为多种结构形式，比较常见的有碳纤维布、碳纤维预应力筋、碳纤维板等。

与普通材料不同，碳纤维材料所表现出的轴向抗拉强度较高、质量轻、抗腐蚀以及耐久性能相对优越。在施工使用过程中，一般不需要施加防护措施，就可以达到良好的加固效果。最重要的是，与普通钢材弹性模量相比，碳纤维材料弹性模量要明显高于普通钢材弹性模量，高出2～3倍。在具体使用过程中，碳纤维材料主要通过利用树脂类胶结材料实现碳纤维材料与混凝土构件表面的粘结应用，达到良好的补强加固效果。结合当前应用发展情况来看，随着行业规范以及技术标准的不断健全完善，碳纤维结构加固技术已经初步形成标准的技术规程，可以辅助与指导现场施工。

2 碳纤维结构加固技术使用原理及适用范围分析

2.1 使用原理

对于加固施工而言，比较常用的碳纤维材料主要以碳纤维布以及碳纤维板为主。其中，碳纤维通常需要经过环氧树脂浸泡形成全新的复合材料，达到良好的建筑结构加固效果。结合现场施工情况来看，在使用碳纤维材料的过程中，除了需要提前用环氧树脂浸泡处理之外，还需要经过树脂材料粘合处理。在粘合操作过程中，碳纤维材料需要顺着受力方向进行粘合处理，确保受力相对较弱位置的承载力得以全面加强。客观来讲，在施工处理过程中，技术人员必须明确树脂材料的重要性，并按照规范要求进行精准操作。结合以往的经验来看，树脂的使用方式相对固定，但是需要注意选择应用问题。

一方面，应该着重考虑材料原本特性。树脂粘合材料通常以混合材料形式存在，因此在配比设计过程中，应该按照相关设计标准将各部分材料均匀混合。另一方面，着重考虑材料的固化程度。通常情况下，树脂材料可在室温下完成固化过程。在具体使用过程中，技术人员应该考虑树脂材料与混凝土或者水泥表面是否存在粘结不合理以及其他使用不当问题。通过严格规范个人的技术操作行为，保障树脂材料与混凝土或者水泥表面的粘结时间以及固化时间满足预期定标准。除此之外，着重考虑树脂材料的物理特性。在应用过程中应该对周边环境情况以及被粘合材料的理化性质进行重点研究与分析，保障树脂材料物理特性不受影响。

2.2 适用范围

碳纤维结构加固技术通常可用于工程项目各个部位当中，结合各部位承载能力以及稳定性能，针对性对其进行维修加固处理。在具体操作过程中，碳纤维结构加固技术可应用于建筑物两个混凝土结构的相互结合位置，通过加固处理，保障结合处位置的安全稳定性。举例而言，可应用于桥梁以及桥墩的结合位置处。与此同时，碳纤维结构加固技术可应用于混凝土结构重要位置，通过不断加固混凝土结构承载能力以及稳定性能，减少混凝土结构裂缝等质量通病问题出现。

如可应用于混凝土梁、混凝土柱以及混凝土板等重要结构位置当中。除此之外，还可以应用于某些砖砌体结构位置，通过按照相关技术规程要求对该部位进行精准加固处理，保障主体结构稳定性能以及质量性能得以双重提升。一般来说，碳纤维材料在加固维修应用过程中一般都可以发挥抗弯加固作用，保障建筑结构承载能力以及稳定性能得以全面加强。或者也可以应用于建筑工程抗剪加固施工当中，如可以通过利用碳纤维材料约束混凝土，尽量降低混凝土在减力作用下发生裂缝问题的可能性。

3 市政建筑工程中碳纤维结构加固技术的应用实例及要点分析

某市政大桥于2003年建成运营，经过多年的运行使用，该大桥所面临的交通荷载作用力逐渐加大。再加上受到传统设计以及施工等局限影响，经过长时间的运行使用该桥梁现有的通行能力明显减退，甚至无法满足正常通车需求。针对于此，需要对现有桥梁进行改建处理，尤其要重点针对部分主体结构进行维修加固，以切实提高桥梁通车能力。考虑到桥梁结构承载能力以及稳定性能，相关人员主动将碳纤维结构加固技术引入到现场施工当中。通过利用碳纤维材料的结构优势以及性能特征，全面巩固加强桥梁主体结构稳定性能与安全性能。

3.1 加固方案优化

结合市梁工程项目加宽施工要求以及相关数据资料，技术人员需要按照相关计算原则完成对桥梁上下部结构以及新增荷载变化等数据的精确计算。结合验算结果可以判定原桥梁基础以及桥墩结构大体上可以满足桥梁加宽后的荷载变化要求，整体所表现出的可行性价值较强。然而，部分重要结构所表现出的承载力富余量不足问题比较明显，像桥面板梁、T梁等，不符合原桥加宽后对新荷载的实际要求。因此技术人员需要对部分主体结构进行加固处理。经过多方技术对比以及经济分析之后，技术人员采用粘贴碳纤维布加固方式进行施工处理。

在具体操作过程中，施工人员可针对板梁以及梯梁跨中位置进行重点处理，可以沿着梁底纵向方向粘贴碳纤维布。结合实际情况来看，可粘贴40 cm宽度的碳纤维布进行施工使用。与此同时，施工人员需要在制作两端位置粘贴25 cm宽度的L型碳纤维箍。除此之外，施工人员应按照施工方案要求在盖梁两侧粘贴碳纤维U型箍。完成上述施工操作之后，施工人员需要重点针对盖梁顶部位置进行操作处理，如用带状碳纤维布压条进行处理。另外，碳纤维箍尺寸以及粘贴层数需要根据加固梁体结构钢筋截面积实际情况以及缺失程度进行判断分析。

3.2 加固施工要点分析

3.2.1 施工准备

在施工准备阶段，施工单位应该联合其他参建单位针对碳纤维结构加固技术内容开展前期优化准备工作。一方面，专项技术人员需要结合现有规范以及要求对结构承载量进行科学计算。根据计算数据结果，完成对结构承重能力的全面分析。在此基础上，对施工方案设计细节以及技术需求进行合理明确。

另一方面，施工单位应该加强进场交底。期间，施工单位应该安排主要技术人员与设计方进行有效交接，可针对施工方案内容以及技术工艺内容进行探讨交流，保障施工方案可行性以及技术应用合理性。除此之外，施工单位还应该注意施工设备以及材料质量检测与保管问题，避免入场使用的物料存在质量不合格问题。

3.2.2 结构表面打磨与裂缝填充

结构表面打磨与裂缝填充基本上可以视为碳纤维结构加固施工技术的重点内容。结合大量实践经验来看，待加固混凝土结构表面打磨平整度以及光滑度表现会对碳纤维加固施工质量效果产生决定性影响。针对于此，在施工处理过程中，施工人员应该按照设计图纸要求对加固混凝土结构表面基线位置进行合理确定，借助角磨机等设备对表面存在的凸起问题进行针对性处理。

对于拐角难以到达的区域，建议施工人员可以采取人工操作方式，如砂纸打磨及时清除杂物，增强结构表面的平整性。此外，由于本工程项目建设时间较早且通行时间长，其混凝土结构容易受到气候条件以及车辆荷载等因素影响而出现裂缝问题。在具体处理过程中，施工人员可利用腻子、环氧树脂胶等材料完成填充修补操作。必要时，可按照配合比要求适当掺入固化剂，以加快材料凝固速度，达到良好的填充修补效果。

3.2.3 涂刷底胶操作

涂刷底胶施工操作需要严格控制现场施工环境温度，以本工程项目为例，底胶涂刷操作需要在零下5℃以上的施工环境下进行。关于涂刷方式的选择需要结合底胶材料性质特点进行合理选择与应用施工。其中，如果施工人员采用bayashi-Mitsubishi涂刷方式进行施工处理，那么就需要在混凝土构件表面采取涂刷底漆、树脂漆材料等方式进行施工处理；如果施工人员采用Mbrace涂刷方式，那么就需要提前对混凝土结构表层进行底漆涂刷处理，涂刷结束之后需要利用浸渍剂进行预制处理，预制完成之后可粘贴碳纤维材料；如果采用SIKA涂刷方式，施工人员需要将粘结剂均匀涂刷到施工表面位置，利用环氧树脂等施工材料对碳纤维材料进行预制处理。等待一段时间之后，固定处理。本工程项目通过采用第三种涂刷方式，可达到良好的加固维修效果。

3.2.4 碳纤维布粘贴施工

碳纤维布粘贴施工需要加强对材料切割长度的控制管理。以本工程项目为例，切割长度可控制在3.0 m左右，避免过短或者过长对结构性能产生不利影响。与此同时，粘贴施工期间应该预留出通风空间，保持良好的通风效果，加速粘贴胶水固结。除此之外，碳纤维布搭设宽度需要控制在设计范围之内，如本工程需要控制在20 cm左右。

完成上述施工操作之后，施工人员应该观察所粘结的碳纤维部内是否存在气泡问题，一旦存在气泡问题，应及时排除，并利用胶带缠绕固定。本工程项目在完成碳纤维加固施工操作之后可对防火层进行涂装处理。涂装过程中，施工人员必须明确涂刷防火层操作需要在碳纤维布完全固化之前完成。这样做的主要目的在于增强防火涂层与粘结胶水之间的粘结力度，保障材料耐久性能以及延展性能全面提升。

3.3 加固效果评价

客观来讲，市政桥梁工程混凝土结构碳纤维加固施工所表现出的工艺要求相对较高，如果加固材料或者施工工艺不符合设计要求，那么均无法达到预期的加固施工效果，需要进行室内试验。以碳纤维加固材料室内试验项目为例，在试验分析过程中，试验人员应该重点围绕碳纤维加固材料的抗拉强度、弹性模量以及伸长率等指标数据进行测试分析。在施工工艺现场检测方面，检测人员需要在碳纤维布加固施工结束之后，利用多功能强度检测仪对主体结构加固施工效果进行测试分析。根据分析反馈结果判断当前加固效果是否满足设计要求。经试验分析来看，经多组测试验测到的粘接强度均值为2.98 MPa，基本上可以满足设计规范要求。

4 市政建筑工程中碳纤维结构加固施工质量管理措施分析

健全完善施工质量保证措施是促进碳纤维结构加固施工管理工作顺利开展的重要基础。各参建单位需要深入掌握市政建筑工程施工需求以及建设环境特点，对碳纤维结构加固施工方式是否适用可行进行判断分析。经确认可行之后，需要对碳纤维结构加固施工质量保证措施进行健全完善。一方面，技术负责人员应该加强与工长、内业等主体人员的沟通交流力度，让全体参建人员可以熟悉掌握施工工艺以及操作规程。同时，各参建单位应该对碳纤维结构加固施工方案以及重难点问题进行研讨分析。经过一系列讨论分析之后，对最终施工方案进行敲定落实。

另一方面，现场施工阶段施工单位应该率先发挥出质量监督管控责任，尤其要重点加强对隐蔽施工问题的妥善处理，隐蔽施工工序经确认合格之后才可以开展下一道工序操作。此外，施工管理人员应该坚持贯彻落实品质提升目标，加强对现场施工材料质量问题的严格管控。如现场所使用的碳纤维材料必须经过一系列质检且合格之后才可以入场使用。此外，施工单位应该加强对机电设备安装应用以及调试管理问题的妥善处理。必须严格按照相关技术操作规程要求进行合理安装施工与调试管理，以免引发设备应用风险问题，引发安全风险。

5 结论

总而言之，碳纤维结构加固技术已经成为市政建筑工程施工加固体系不可或缺的技术手段。鉴于碳纤维结构加固技术的重要性，相关人员应该主动结合碳纤维结构加固技术原理以及适用范围，对施工方案内容进行健全完善，保障纤维结构加固效果。此外，现场施工人员应该按照设计图纸规范，正确处理施工问题，以巩固增强主体结构加固维修效果。