碳纖維布等加固材料在有水環(huán)境下測(cè)試加固效果
我國(guó)擁有內(nèi)海和領(lǐng)海面積達(dá)38萬(wàn)平方公里，內(nèi)河也有七大水系。如此龐雜的水域系統(tǒng)，必然擁有數(shù)量巨大的橋梁、碼頭等相關(guān)設(shè)施但是隨著時(shí)間的推移，加之潮濕環(huán)境的作用，這些設(shè)施會(huì)比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更易產(chǎn)生病害。對(duì)它們的加固必不可少也關(guān)系重大！
本文以橋梁的水中橋墩為例，簡(jiǎn)要介紹幾種不同情況下，對(duì)已腐蝕橋墩的加固保護(hù)方法
一、水中橋墩混凝土腐蝕用碳纖維布加固
①基面處理
根據(jù)要求確定需要修補(bǔ)混凝土的位置，后用高壓水沖洗青苔及污泥再用氣動(dòng)打磨機(jī)磨掉混凝土表面酥松層，直至露出堅(jiān)實(shí)基層。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份：B組份=2：1的重量比攪拌至完全均勻，將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可，每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米，如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠，待24小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好，平鋪到雙層塑料薄膜上，薄膜厚度約10絲。
④混合
將水下碳纖維浸漬膠按A：B=2：1的重量比稱量A/B組份到開(kāi)口容器里，以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌，直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?，在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到，以便得到混合效果。
⑤預(yù)浸碳布
把調(diào)好的浸漬膠用刮板沿纖維方向反復(fù)碾壓至浸透到碳布里，需保證碳布其中一面的保障膠層稍厚，把雙層薄膜的另一層鋪展到碳布上，再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用.
⑥粘貼碳纖維布
施工人員潛水到粘貼位置把卷好的碳布展開(kāi)，撕開(kāi)膠層稍厚的那面薄膜，將碳布從一端到另一端的粘貼方式粘貼到加固基面上，邊貼邊用刮板按照碳絲方向反復(fù)刮壓，促使碳纖維布平直、延展、無(wú)水泡，浸漬膠充分滲透到混凝土表層。貼完布后24小時(shí)再撕下另一面薄膜即可。
B、水上高濕施工
①基面處理
基材表面應(yīng)全面打磨，無(wú)任何附著物，粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角，小內(nèi)徑為20㎜。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份：B組份=2：1的重量比攪拌均勻，將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可，每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米，如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠，待12小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好，再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用。
④混合浸漬膠
按A：B=3：1的重量比稱量A/B組份到開(kāi)口容器里，以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌，直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?，在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到，以便得到混合效果。
⑤上膠
用塑料刮板將浸漬膠涂抹到需貼碳纖維的基面上。
⑥貼布
將裁剪好的碳纖維布貼于混凝土涂膠面，碳纖維布要平直、延展。（碳纖維布如有接頭，搭接長(zhǎng)度應(yīng)為20mm，且接頭應(yīng)在基材全長(zhǎng)的1/3處，不得在基材的中間），再用刮板反復(fù)刮刷碳纖維表面，確保浸漬膠浸透到混凝土與碳纖維布中并脫泡；后用刮板在布的外表面刮涂一層浸漬膠，反復(fù)刮壓使之充分浸透到碳纖維布的纖維中，促使碳纖維布平直、延展、無(wú)氣泡，浸漬膠充分滲透。
⑦噴砂
后用3~6mm的沙石（石英砂）灑在涂有膠的施工面上，確保粉刷層的粘結(jié)性。
二、水中橋墩混凝土腐蝕用鋼板加固
A、粘貼面處理
①混凝土粘貼面應(yīng)鑿除苔蘚，油垢、污物，然后用角磨機(jī)打磨除去混凝土面1-2mm厚表層，打磨完畢用高壓水沖洗干凈。
②鋼板粘貼面應(yīng)首先除銹除油，然后用角磨機(jī)進(jìn)行粗糙處理，直至打磨出現(xiàn)金屬光澤，備用。
B、加壓固定系統(tǒng)準(zhǔn)備
加壓固定可采用螺栓、角鋼、墊板所組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)在被粘貼的環(huán)形鋼板兩端合適位置鉆孔臨時(shí)固定螺栓、角鋼，供壓緊鋼板使用。
C、配制水下粘鋼膠
①粘鋼膠為A、B兩組份，配比為A：B=2：1。配膠宜用機(jī)械攪拌，攪拌器可由電錘和攪拌齒組成，攪拌齒可用電錘鉆頭端部焊接十字形Φ14鋼筋制成。少量(指0.5公斤以內(nèi))也可用Φ6、Φ8細(xì)鋼筋棍人工攪拌。(注意：僅用膩刀拌和，不能保證攪拌均勻)。
②取潔凈容器（塑料或金屬盆，不得有油污、雜質(zhì)）和稱重衡器按配合比混合，并用攪拌器攪拌5分鐘左右至A、B組份混合均勻?yàn)橹?。攪拌時(shí)沿同一方向攪拌，盡量避免混入空氣形成氣泡。每次配膠量不宜過(guò)多，現(xiàn)配現(xiàn)用。
D、涂膠和粘貼
膠粘劑配制好后，用膩刀涂抹在已處理好的鋼板表面上(或混凝土表面)，膠斷面宜略成三角形，中間厚3毫米左右，邊緣厚1毫米左右，然后將鋼板粘貼在構(gòu)件上，用準(zhǔn)備好的固定加壓系統(tǒng)固定，并適當(dāng)擰緊螺栓加壓，以膠液剛從鋼板邊擠出為度。
E、維護(hù)
粘貼后，鋼板涂水下防銹漆3道。
三、水下植筋加固
①打孔
按照設(shè)計(jì)圖紙要求的尺寸鉆孔。
②清孔
三吹三刷，打好孔后用高壓水吹掉孔內(nèi)泥灰，再用毛刷刷掉孔壁表面松動(dòng)的混凝土，后用高壓水清孔干凈，保持待用。
③注膠
將混合器裝上，檢查混合器必須有螺旋管否則不可以用，嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)拔去注膠嘴里的螺旋管；將膠裝上膠，勻速擠出膠液，前三的膠液應(yīng)舍去，把注膠嘴插入孔底，邊打膠邊緩慢外提式注膠，正常注膠量為孔體積的2/3，膠打完后換新的膠瓶注膠嘴也應(yīng)更換新的，沒(méi)有打完的膠液把注膠嘴去除，出膠口擦干凈，螺帽擰緊可下次再用。
④植筋
注完膠后將螺紋鋼或帶肋鋼筋按順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)插入孔底，有少許膠液溢出為好，擦掉溢出的多余膠液。
⑤養(yǎng)護(hù)
靜置讓錨固膠自然固化，養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)溫度而定，養(yǎng)護(hù)期間不得旋轉(zhuǎn)、敲擊螺桿。

碳纖維加固包括碳纖維布加固和碳纖維板加固兩種。
碳纖維布又稱碳素纖維布、碳纖布、碳纖維編織布、碳纖維預(yù)浸布、碳纖維加固布、碳布、碳纖維織物、碳纖維帶、碳纖維片材（預(yù)浸布）等 。碳纖維布用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉、抗剪和抗震加固。
碳纖維板加固法是用粘結(jié)劑把碳纖維板粘貼在混凝土構(gòu)件受力部位，和基體疊合為一體，從而達(dá)到加固目的的一種施工方法。通常用在混凝土橋面板、橋墩、梁、柱、煙囪以及隧道襯砌等構(gòu)件的抗彎補(bǔ)強(qiáng)、抗剪補(bǔ)強(qiáng)以及防止混凝土開(kāi)裂、剝落等工程中。
和大家一起了解碳纖維布與碳纖維版的不同：
1、性能區(qū)分
碳纖維布強(qiáng)度高，密度小，厚度薄，基本不增加加固構(gòu)件自重及截面尺寸。適用面廣。
碳纖維板加固具有強(qiáng)度高、重量輕、易于施工、耐久性好等優(yōu)良特性。
2、使用范圍區(qū)分
碳纖維布廣泛適用于建筑物橋梁隧道等各種結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)形狀的加固修復(fù)和抗震加固及節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)加固。碳纖維板可用于條件嚴(yán)酷、場(chǎng)地狹窄混凝土結(jié)構(gòu)的維修、加固工程中。
3、加固方法區(qū)分
碳纖維板加固法
a、施工準(zhǔn)備，清理障礙物；
b、清理粘碳纖維板混凝土結(jié)構(gòu)面；
c、配制粘鋼膠，嚴(yán)格按照配套樹(shù)脂的主劑、固化劑所規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量不應(yīng)過(guò)多，以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；
d、粘貼碳纖維板，洗干凈碳纖維板前后面，均勻的涂抹于混凝土表面和碳板表面，粘貼后用手捶沿粘貼表面輕輕敲擊，如無(wú)空洞聲則表明粘接密實(shí)，否則應(yīng)取下碳板重新補(bǔ)膠進(jìn)行粘貼；
e、固定碳纖維板，若發(fā)現(xiàn)有縫隙或缺膠，應(yīng)補(bǔ)膠填滿；
f、表面防護(hù)處理，；
g、報(bào)驗(yàn)；
碳纖維布加固法
a、施工準(zhǔn)備：擬定施工方案和施工計(jì)劃，應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維片材、配套樹(shù)脂、機(jī)具等作好施工前的準(zhǔn)備工作。
b、混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。
c、涂刷底膠：按供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制底層樹(shù)脂，將底層樹(shù)脂均勻涂抹于混凝土表面。在樹(shù)脂表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一步工序施工。配制找平材料并對(duì)不平整處修復(fù)，對(duì)混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。
d、找平處理：進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維片材前，要按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放線定位;
e、配制并涂刷結(jié)構(gòu)膠粘劑：
用攪拌器攪拌至色澤均勻。在攪拌容器內(nèi)及攪拌器上不得有油污和雜質(zhì)。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度確定膠粘劑的拌合量，并按要求嚴(yán)格控制使用時(shí)間。
f、粘貼碳纖維片材。

碳纖維布加固橋梁受力分析
碳纖維布新材料的發(fā)現(xiàn)是土木工程發(fā)展新的推動(dòng)力，碳纖維布加固法也被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的優(yōu)選加固方法，其施工工藝亦較簡(jiǎn)單。今天，我們就來(lái)探討一下碳纖維布加固橋梁受力的特點(diǎn)。
1.將抗拉性能優(yōu)良的碳纖維布用粘結(jié)材料粘貼到梁體底面或箱梁內(nèi)壁上,使其與原結(jié)構(gòu)布置的鋼筋一道共同承受拉力,以提高舊橋的承載能力。與其他加固方法相比，碳纖維布保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力,且改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布程度小。
2.沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布,兩端分別設(shè)置錨固端,可約束混凝土表面裂縫，防止裂縫擴(kuò)大,提高構(gòu)件抗彎剛度、減少構(gòu)件撓度、改善梁體受力狀態(tài)。
3.應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理使用碳纖維布加固鋼筋混凝土梁式橋,因碳纖維布在加固混凝土構(gòu)件時(shí),在提高受彎承載力的同時(shí)還影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過(guò)多時(shí),構(gòu)件的破壞形態(tài)由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐?。還因碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋共同工作會(huì)減弱鋼筋塑性性能,碳纖維布用量過(guò)多,構(gòu)件延性將有所降低。
4.碳纖維布加固后橋梁結(jié)構(gòu)物后破壞形式變化為突然性(拉斷或剝離等脆性破壞),其承載力極限狀態(tài)應(yīng)按碳纖維抗拉強(qiáng)度的2/3進(jìn)行抗彎承載力計(jì)算,不能按普通鋼筋混凝土考慮。
5.碳纖維布可提高混凝土梁抗剪承載力,其作用機(jī)理類似箍筋,同時(shí)還能明顯改善構(gòu)件的變形性能,增強(qiáng)構(gòu)件的變形能力。

我們知道碳纖維布分為單向布和雙向布，用在建筑加固上的為單向布，那么，單向碳纖維布是如何成型的？
將大量的破纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向(通常是經(jīng)向)均勻平鋪,用較少的破纖維絲將主方向上的碳纖維絲編織在一起,形成較薄的、以主方向上纖維受力的碳纖維織物。碳纖維單向織物的織造方法有多種,常見(jiàn)的有3種,即機(jī)織單向織物、無(wú)緯單向織物和整編單向織物。
機(jī)織單向織物是用徳國(guó)織機(jī)織造的,一般為徑向單向織物。無(wú)緯單向織物,即一般認(rèn)為的單向織物,例如UD織物實(shí)際是一種預(yù)浸片材,是用特殊設(shè)備將碳纖維垂直交又鋪放為西層或多層,再用樹(shù)脂粘合,或者復(fù)合成一層薄膜、離型紙、纖維網(wǎng)格等?？p編單向織物是用徳國(guó)的縫編設(shè)備將纖維紗線按一個(gè)方向排列,用聚酯紗線縫編而成的織物。
單向碳纖維布經(jīng)常被用來(lái)對(duì)混凝土、鋼或其它材料構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)、加固和翻新。其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到3500MPa以上,為普通建筑用鋼材的十幾倍,而比重為1.8kg/m3,僅為鋼材比重的四分之一。
簡(jiǎn)單一句話概括就是,碳纖維材料是一種高強(qiáng)輕質(zhì)的高性能材料。
在加固鋼筋混凝土技術(shù)所涉及的材料主要有兩種:一是碳纖維布,二是粘貼材料，如悍馬碳纖維布，悍馬碳纖維膠。這門(mén)技術(shù)是將碳纖維布粘貼在鋼筋混凝土構(gòu)件受拉表面,使強(qiáng)度非常高的破纖維布和結(jié)構(gòu)構(gòu)件有機(jī)結(jié)合形成整體,共同受力,從而達(dá)到修補(bǔ)裂縫或提高構(gòu)件承裁力的目的。常用規(guī)格是12k 200g/m2和12k 300g/m2。
據(jù)了解碳纖維布加固技術(shù)在90年代在我國(guó)建筑工程和橋梁隧道工程領(lǐng)域中開(kāi)始被應(yīng)用，在早期其加固費(fèi)用昂貴，碳纖維布加固技術(shù)的發(fā)展被限制，隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷發(fā)展，碳纖維布加固的造價(jià)不斷降低，使的碳纖維布加固技術(shù)日益成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷增大，讓碳纖維材料在工程應(yīng)用領(lǐng)域中得到了全面推廣。
碳纖維布加固混凝土柱：
采用碳纖維布對(duì)混凝土進(jìn)行加固，其原理是利用了碳纖維的高抗拉強(qiáng)度和對(duì)混凝土的約束作用，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而提高混凝土柱的極限承載力和壓縮能力。
碳纖維布加固混凝土梁：
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究成果，碳纖維布加固梁的破壞形式有以下幾種：
1、界限破壞，當(dāng)碳纖維和鋼筋的配置率適當(dāng)，在受壓混凝土達(dá)到極限應(yīng)變的時(shí)候，受拉區(qū)纖維剛好達(dá)到極限強(qiáng)度，此時(shí)材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮，截面的延性也達(dá)值；
2、適筋破壞，鋼筋受拉屈服，受壓區(qū)混凝土被壓壞，碳纖維未達(dá)到極限應(yīng)變；
3、少筋破壞，受拉鋼筋先達(dá)到屈服，然后碳纖維片材超過(guò)極限拉應(yīng)變，并達(dá)到極限狀態(tài)而被拉壞，而此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未破壞；
4、超筋破壞，加固量過(guò)大，受拉鋼筋屈服前，受壓區(qū)混凝土被壓壞；
5、粘接破壞，在達(dá)到正截面極限承載力前，碳纖維片材與混凝土產(chǎn)生剝離破壞。
與此同時(shí)，碳纖維布加固在工程中已經(jīng)有了很多的應(yīng)用，卡本碳纖維布在上海證券交易所加固工程以及清華附屬中學(xué)等加固改造工程中得到了大范圍使用。在這些工程中它們所有的一個(gè)共同病害就是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，為了防止裂縫處鋼筋與空氣接觸產(chǎn)生氧化，從而導(dǎo)致銹蝕，應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)過(guò)后，在采用碳纖維布進(jìn)行加固，大致過(guò)程如下：
1、首先按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行定位放線；
2、采用硬毛刷對(duì)混凝土表面進(jìn)行清理并將轉(zhuǎn)角處打磨成圓弧狀；
3、按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布；
4、涂抹底膠，粘貼碳纖維布，并沿著單向多次刮壓，涂刷面膠，并對(duì)碳纖維布進(jìn)行防護(hù)；
5、待膠固化后，對(duì)粘貼碳纖維布進(jìn)行驗(yàn)收。
總而言之，碳纖維布加固技術(shù)與傳統(tǒng)的增大截面加固法、粘鋼加固法等相比，碳纖維布加固法具有抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕性好、自重輕、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，為結(jié)構(gòu)安全保駕護(hù)航。與此同時(shí)，碳纖維布加固除了對(duì)開(kāi)裂的梁板進(jìn)行加固處理之外，還可在戶型改造工程、房屋加層工程、地下室改造工程以及古建筑的修復(fù)工程中應(yīng)用。