馬良

【摘 要】 主要研究碳纖維布加固技術(shù)及其在水利工程補強加固中的應(yīng)用，對碳纖維布加固技術(shù)進行了簡單的介紹，并從碳纖維布補加固技術(shù)在混凝土表面補強、牛腿加固、大梁底加固、水工涵洞加固中的應(yīng)用為例討論了碳纖維加固技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，并重點討論了碳纖維加固的施工工藝，碳纖維加固技術(shù)應(yīng)用與水利工程能夠顯著提高水利工程補強加固的效果，并且經(jīng)濟效益很高。

【關(guān)鍵詞】 碳纖維 ?加固 ?水利工程

碳纖維加固技術(shù)是一種有效的加固技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的加固方法，有著較高的強度和彈性模量，有著很高的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件延性性能，施工便捷，沒有濕作業(yè)，無需大型的加壓設(shè)備，施工周期很短，并且碳纖維厚度很小，不會對被加固結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的尺寸變化，不會產(chǎn)生附加載荷，耐腐蝕性強，這些特點使碳纖維布加固技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在水利工程中，取得了很好的應(yīng)用效果。

1 碳纖維布加固

碳纖維布加固技術(shù)最早出現(xiàn)在德國、瑞士，20世紀(jì)80年代后碳纖維復(fù)合材料逐漸應(yīng)用到加固混凝土結(jié)構(gòu)中，碳纖維復(fù)合材料加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)將碳素纖維應(yīng)用于土木工程，使用樹脂材料粘貼碳纖維在結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件表面，形成復(fù)合材料，和結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件協(xié)同工作，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固和力學(xué)性能的改善。

在水利工程混凝土結(jié)構(gòu)加固中使用的碳纖維材料主要有碳纖維、配套樹脂兩種，碳纖維的抗拉強度是建筑鋼材的幾十倍，彈性模量相當(dāng)于鋼材，高彈性碳纖維彈性模量甚至是鋼材的兩倍，施工性能和耐久性能均非常優(yōu)異，是一種性能優(yōu)異的加固修復(fù)材料，胚胎樹脂則主要有底層樹脂、整平材料、粘浸樹脂等。

2 在水工橋梁加固中的應(yīng)用

當(dāng)前混凝土加固主要使用增加截面、混凝土置換、外粘型鋼加固法、外粘鋼板加固法、粘貼纖維復(fù)合材料加固方法等。粘帖纖維復(fù)合方法強度高，抗拉強度高，比重輕，耐久性腐蝕性好，施工便捷，技術(shù)比較成熟。

（1）混凝土表面補強。進行混凝土表面處理首先需要打磨混凝土表面，清理表面灰漿和疏松，使用吹風(fēng)機清理浮塵，配制刷涂底膠，攪拌3-5min，均勻之后使用，使用找平膠修復(fù)不平整位置，配制涂刷浸漬膠，粘貼碳纖維布。（2）牛腿加固。牛腿通常處于惡劣工礦下，容易出現(xiàn)破損、剝落、露筋等問題，采用傳統(tǒng)水泥砂漿進行修補效果不理想，而使用碳纖維布補強技術(shù)則能夠起到有效的加固作用。（3）大梁底加固。普通碳纖維使用聚丙烯腈或者中間相瀝青纖維經(jīng)過高溫碳化后制成。碳纖維應(yīng)力應(yīng)變量呈現(xiàn)完全線彈性，無屈服點和塑性區(qū)，加固混凝土使用的碳纖維布將碳纖維均勻平鋪，形成厚度很小的主纖維方向受力纖維布，能夠最小程度的改變大梁底部的應(yīng)力分布，能夠和原有結(jié)構(gòu)共同受力，大梁加固過程中沿橋梁主拉應(yīng)力方向粘貼碳纖維布，兩端設(shè)置錨固端，這種形式能夠顯著提高構(gòu)件抗彎剛度，減少構(gòu)件撓度，對梁體的受力情況進行改善。

3 水工涵洞加固

水工隧道在水流沖刷、磨損、氣蝕等的影響下，運行時間逐漸延長，容易造成裂縫、滲漏、老化等問題，對結(jié)構(gòu)安全性和耐久性產(chǎn)生了很大影響。水工涵洞的傳統(tǒng)加固工藝為噴混凝土或者掛網(wǎng)澆筑混凝土等，類似于對涵洞進行二次襯砌，這種施工方法難度較大，并且施工周期長，成本較高，投入一段時間之后需要進行繼續(xù)加固，形成了惡性循環(huán)。

而碳纖維加固方法應(yīng)用于水工涵洞的加固則有著無法比擬的優(yōu)勢。碳纖維材料能夠任意剪裁、加固成各種形狀，有著很大的靈活性和較強的靈活性。加固補強無需動用大型加固機械，施工速度很快，效率較高。碳纖維布糙率低于混凝土表面，能夠增加加固段的流量系數(shù)，增加管道過流能力的同時削弱了流水腐蝕的強度，并且碳纖維能夠?qū)炷亮芽p起到一個有效的封閉作用，能夠減緩裂縫的產(chǎn)生和擴展，而且碳纖維尺寸很小，對原斷面的大小和形狀產(chǎn)生的變化很小。

4 水工混凝土補強加固工藝

4.1 設(shè)計原則

碳纖維布加固技術(shù)存在一定的使用范圍，不是萬能的加固技術(shù)，不能盲目使用，需要遵循一定的設(shè)計原則編制設(shè)計方案。（1）建筑物功能改變，導(dǎo)致構(gòu)件承載力不能滿足要求，需要使用碳纖維布加工技術(shù)加固時被加固構(gòu)件最小截面尺寸、受壓區(qū)高度和配筋率等需要按照相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計，要求不能改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最終破壞形式。（2）如果結(jié)構(gòu)抗剪強度很低，需要適當(dāng)增加纖維布層數(shù)，但是同一截面受力碳纖維粘貼層不能超過3張，否則可能會和被加固構(gòu)件表面發(fā)生剝離破壞。（3）碳纖維材料屬于高強度材料，為了將其高強度充分發(fā)揮，要求被加固混凝土構(gòu)件最低強度至少達到C15，混凝土強度過低可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生脆性剝離破壞。（4）碳纖維沿著纖維受力方向搭接長度依據(jù)單位面積碳纖維質(zhì)量確定，為了施工方便，使用多條多層碳纖維布加固，多條或者多層碳纖維布應(yīng)該錯開搭接位置。

4.2 基層瑕疵處理

拆除梁底木隔斷，搭設(shè)腳手架，鏟除梁板下表面抹灰層，整平凸出的石子和混凝土殘渣，使用角磨機整平，清理混凝土表面浮塵、油污等雜質(zhì)，使用吹風(fēng)機清理混凝土表面，使用環(huán)氧樹脂修補破裂或者損傷部位。

4.3 底層樹脂涂覆

按照一定比例，在容器中放置一定比例主劑和固化劑，攪拌均勻，按照現(xiàn)場溫度確定用量和實踐，使用滾筒刷或者毛刷將樹脂涂抹在混凝土構(gòu)件表面，充分養(yǎng)生。

4.4 粘粘纖維布

根據(jù)構(gòu)件的長度情況確定碳纖維布的下料長度，通常最長不超過3m。將碳纖維布粘貼在需要表面，脫泡后，使用輥子或者膠輪，順著纖維方向揉搓表面，進行2-3次，清理異形物質(zhì)。

4.5 末漆

使用滾筒刷或者毛刷涂抹配置攪拌均勻的浸漬樹脂在碳纖維表面，使用輥子在碳纖維表面沿著一個方向反復(fù)輥壓，完全排出氣泡，浸漬樹脂需要充分浸潤碳纖維布，并且輥壓過程中不能損傷碳纖維布，表面干燥之后可粘貼下一層。

4.6 表面防護

最后一層碳纖維布表面同樣需要均勻涂抹浸潤樹脂。為了保證加固效果，要求施工環(huán)境溫度至少5，并且碳纖維布搭接長度至少100mm。發(fā)現(xiàn)空鼓部位需要使用針管灌注浸潤樹脂，如果有效粘接面積在95%以下，視作無效粘接，需要重新施工。

5 結(jié)語

碳纖維布加固技術(shù)應(yīng)用于水利工程加固獲得了理想的應(yīng)用效果，但是目前進口碳纖維造價較高，而國內(nèi)的碳纖維質(zhì)量性能尚不能滿足使用要求，因而在重視碳纖維加固技術(shù)手段的優(yōu)化同時，還應(yīng)該重視碳纖維材料自身的研究。

參考文獻：

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