門奎鋒，羅 雷

(中交武漢港灣工程設(shè)計研究院有限公司海工結(jié)構(gòu)新材料及維護加固技術(shù)湖北省重點實驗室，武漢 430040)

港口碼頭結(jié)構(gòu)在日常頻繁作業(yè)過程中不斷出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)破損及材料劣化導(dǎo)致功能降低，導(dǎo)致碼頭的作業(yè)能力不能得到保證，存在安全及耐久性能不足的危險。目前針對碼頭維修加固的施工中，除了對裂縫的灌膠修補外，主要的加固方法有粘貼碳纖維復(fù)合材料、碳纖維布與配套浸漬膠共同使用成為碳纖維復(fù)合材料，碳纖維布具有高抗拉性能，可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力及強度，也可以避免混凝土裂縫的進一步發(fā)展。通過對粘貼碳纖維布復(fù)合材的施工工藝的探究以及加固效果分析，可以了解此類加固施工在現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)補強施工中應(yīng)用廣泛，效果明顯。

1 材料性能

某碼頭加固采用粘貼高強I級碳纖維布，設(shè)計厚度為0.167 mm，單位質(zhì)量300 g/m2。U型箍和壓條均采用高強I級碳纖維布。其性能指標(biāo)必須符合規(guī)范要求。設(shè)計要求的高強I級碳纖維布性能要求及采購的碳纖維布實際性能檢測結(jié)果如表1所示。

表1 某碳纖維布性能檢測結(jié)果表

粘貼碳纖維復(fù)合材料的膠粘劑，其性能指標(biāo)必須符合規(guī)范規(guī)定。不得使用不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂作浸漬和粘結(jié)膠粘劑。因橫梁、樁帽易受潮水影響，應(yīng)采用符合要求的濕固化膠粘劑。與干表面混凝土的正拉粘結(jié)強度≥2.5 MPa，且碳纖維正拉粘結(jié)強度檢測破壞形式應(yīng)為混凝土內(nèi)聚破壞。

碼頭加固施工前先將材料見證取樣送檢，通過對某品牌高強度碳纖維布進行材料性能檢測，結(jié)果顯示，各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。因此施工工藝及施工質(zhì)量將直接決定加固效果是否能夠達(dá)到設(shè)計預(yù)期效果，從而達(dá)到加固目的。

2 施工工藝

碼頭混凝土構(gòu)件的加固原則是在原構(gòu)件維修完成后，在構(gòu)件表面粘貼碳纖維布，提高梁板構(gòu)件的承載能力，起到碼頭加固的效果，同時碳纖維布外包在碼頭構(gòu)件外可以對原結(jié)構(gòu)防腐起到保護作用。具體施工工藝如下：

卸除荷載→底層處理→涂底層樹脂→粘貼碳纖維布→檢驗→表面保護。

1)卸除荷載[3]：加固前應(yīng)停止施工區(qū)域的碼頭作業(yè)，保證構(gòu)件處于不受力狀態(tài)，保證加固效果。

2)底層處理：先對混凝土表面出現(xiàn)的破損、脹裂等缺陷應(yīng)鑿除修補，對銹蝕鋼筋進行除銹處理，修補膠將混凝土表面找平，在涂刷底膠前將表面浮塵沖洗干凈、晾干，針對潮水浪濺區(qū)可以用火烤，保持表面干燥，才能進行下一步施工。

3)涂底層樹脂：按照產(chǎn)品使用要求比列進行配制；底層膠均勻涂刷混凝土表面，為保證粘結(jié)效果，底層樹脂固化后應(yīng)盡快進行碳纖維布的粘貼。

4)粘貼碳纖維：首先根據(jù)設(shè)計文件的寬度要求，對碳纖維布進行剪裁，粘結(jié)膠按照產(chǎn)品說明的配制比例調(diào)配好。然后在粘貼區(qū)域均勻涂刷浸漬膠，拐角、搭接部位要著重注意涂刷到位；碳纖維布從構(gòu)件一側(cè)開始粘貼，另一側(cè)用力張拉，用毛刷反復(fù)壓掃，可以避免產(chǎn)生氣泡，并使浸潤膠充分浸透碳纖維布，等碳纖維布表面指觸干燥后進行下一層的粘貼，多層粘貼應(yīng)重復(fù)上述步驟。

5)檢驗：為保證碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量，在達(dá)到粘結(jié)強度后，可采用碳纖維拉拔儀進行碳纖維布正拉粘結(jié)強度檢測，相應(yīng)檢測結(jié)果判定可以參考規(guī)范進行。

6)表層保護：全部施工完成24 h內(nèi)應(yīng)注意對碳纖維布的保護，防止刮傷加固表面，注意防潮，固化后碳纖維表面應(yīng)采取涂刷防腐涂料的方式進行保護。

7) 碳纖維布施工的注意事項

(1)在表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)先對加固位置、碳纖維布寬度及布條數(shù)量進行確認(rèn)，布條間隔應(yīng)按設(shè)計要求進行。

(2)底層樹脂及粘結(jié)膠配制時應(yīng)按產(chǎn)品使用說明規(guī)定的配比稱量，并均勻攪拌。攪拌用容器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)。施工前應(yīng)制定好計劃，避免等待時間過長導(dǎo)致膠水失效，造成浪費。

(3)粘貼碳纖維布是碼頭加固施工中的關(guān)鍵工序，必須由熟悉施工工藝的專業(yè)施工隊伍完成，并應(yīng)精心組織、精心施工，嚴(yán)格把控過程施工質(zhì)量

3 加固效果分析

以某碼頭梁板混凝土碳纖維加固施工為例，對加固效果進行探究，該項目所選材料經(jīng)過見證抽樣送檢，檢測結(jié)果均合格。施工部分，嚴(yán)格按照制定的施工方案執(zhí)行，對粘結(jié)膠的配制、涂刷及粘貼及養(yǎng)護等關(guān)鍵程序嚴(yán)格控制。

3.1 加固效果檢測

為了確認(rèn)加固效果，在達(dá)到粘結(jié)強度后，進行碳纖維正拉粘結(jié)強度檢測[1]。檢測步驟如下：

1)表面處理：隨機抽選檢測位置，對被測位置的表面進行打磨，保證表面干燥光滑。

2)切割預(yù)切縫：從碳纖維布加固表面向混凝土內(nèi)部進行環(huán)形切割，切入深度5～10 mm，寬度約2 mm。預(yù)切縫形狀為直徑50 mm的圓形。

3)粘貼鋼標(biāo)準(zhǔn)塊：采用高強、快固化的膠粘劑粘貼鋼標(biāo)準(zhǔn)塊，粘結(jié)劑的正拉粘結(jié)強度應(yīng)大于粘貼碳纖維片材的結(jié)構(gòu)膠粘劑正拉粘結(jié)強度。鋼標(biāo)準(zhǔn)塊粘貼后應(yīng)立即固定。

4)以1 500～2 000 N/min勻速加載，記錄正拉粘結(jié)強度的峰值，即碳纖維布與混凝土粘結(jié)面破壞時的荷載值，并觀察破壞形態(tài)。

通過檢測，現(xiàn)場隨機抽檢5組，各組每試樣強度范圍在2.51～3.12 MPa之間，且各試樣均為混凝土內(nèi)聚破壞，滿足規(guī)范CECS146：2007第B4.4條中判定合格的要求。

3.2 加固效果分析及建議

此次某碼頭碳纖維布加固施工，碳纖維布與混凝土粘結(jié)能力滿足設(shè)計要求，抽檢試樣均為混凝土內(nèi)聚破壞。但如果是老舊碼頭加固改造，其混凝土性能下降明顯，如果進行碳纖維正拉粘結(jié)強度檢測時會出現(xiàn)混凝土內(nèi)聚破壞，但粘結(jié)力較低的情況，因此在實際加固效果檢驗過程中應(yīng)根據(jù)建筑物實際情況，必要時輔以其他檢測形式進行驗證。

根據(jù)設(shè)計文件中碳纖維布粘貼位置、層數(shù)等要求，對碼頭抗彎、抗剪等能力進行計算，經(jīng)計算采用碳纖維布加固后的碼頭梁板抗彎及抗剪能力均能滿足碼頭承載力要求，提高了碼頭整體運行的安全性及穩(wěn)定性。

碳纖維材料本身具有強度高、彈性模量高、重量輕且耐腐蝕性好的特點，粘貼碳纖維布時，表面涂刷的浸漬膠為改性環(huán)氧樹脂膠，其耐腐蝕性、抗老化性能均較良好，膠層固化后裹覆于碳纖維布表面及內(nèi)部，與混凝土結(jié)構(gòu)形成整體一起受力，因此，海水對碳纖維布和配套的改性環(huán)氧膠的浸泡不會影響其耐久性。為提高碳纖維布在海水潮漲潮落中抗沖刷、抗磨損的性能，可考慮在整個加固區(qū)域的表面再涂刷防腐涂層，做進一步的防護措施，可以對碼頭加強保護作用，提升耐久性[4]。

4 結(jié) 語

以某外貿(mào)碼頭加固工程為例，通過對碳纖維復(fù)合材料的施工工藝及加固效果檢測進行了簡要分析。此類加固施工應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，常規(guī)的應(yīng)用主要在混凝土結(jié)構(gòu)方面，該加固方法具有施工工藝簡單，成本低，工期短、加固效果明顯等優(yōu)點。在優(yōu)化施工工藝，加強關(guān)鍵工序施工質(zhì)量的前提下，可以確?；炷良庸绦Ч?，使混凝土結(jié)構(gòu)性能得到有效提升，從而提升碼頭的安全性及耐久性。