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【摘 要】随着社会经济的不断发展，为适应我国发展的需要，在桥梁加固中，目前多采用预应力碳纤维加固技术，同时，预应力碳纤维板对混凝土梁进行抗弯加固已被证明是有效的加固方法，以现场施工为依据，详细介绍了预应力碳纤维板加固施工过程，对选择原材料及锚具、安装底座及钻孔、处理梁底混凝土表面、安装张拉装置、控制张拉过程及进行表面防护等工艺进行了分析，对指导施工有很大借鉴意义。
【关键词】预应力碳纤维板；加固；混凝土梁；施工工艺
1、预应力碳纤维板加固技术
1.1预应力碳纤维板加固方法
通过将碳纤维板固定在梁的一端，在另一端按照设计要求施加需要的预应力，待预应力达到设计要求稳定持荷一段时间以后，固定张拉端的碳纤维板位置，即达到加固目的。在工程应用中，预应力碳纤维板加固施工时，出厂前将碳纤维板与锚固块在工厂预制为一体，施工现场通过张拉钢块与碳纤维板端部锚固块连接，防止由于现场施工误差引起的对材料锚固端的损坏，保证预应力碳纤维板材料的施工安全。此工艺在混凝土梁底固定锚固支座，先将材料的一端通过锚固块固定于锚固底座，在另一端进行张拉，待张拉完毕，将张拉端的锚固块固定于张拉端锚固底座，即完成张拉施工。
施加的预应力能够使钢筋混凝土梁中的钢筋应力减小，并在钢筋混凝土梁开始受力前预应力纤维片材已经有一定的伸长，当混凝土梁开始受力时保证碳纤维片材和梁能够共同发挥较大的承载力，减小构件的变形来达到加固的目的。
1.2预应力碳纤维板锚固设备
碳纤维板的锚固是利用固定于混凝土结构上的2个钢底座完成的，如图 1 所示为张拉端设备安装完成情况。底座固定于梁底，通过2根通长的螺杆及连接部位的螺母来固定碳纤维板至钢制底座上，达到稳定锚固的目的。
图1 预应力碳纤维板加固施工装置
1.3预应力碳纤维板张拉设备
张拉设备如图1左端所示，在锚固设备固定牢靠以后，预应力碳纤维板张拉施工使用液压千斤顶，借助钢底座为反力提供点，通过1端块及1端块上2个螺杆上的套管与通长螺杆连接为一体，在千斤顶顶升过程中，通过螺杆实现碳纤维板的张拉，待张拉完成持荷一段时间稳定以后，固定底座左端螺母，最后卸下千斤顶即完成施工。
1.4张拉、锚固各部件说明根据图1，本文使用的一套施工机具部件说明如下。
1）锚固块 事先在工厂预制，将固定块与碳纤维板固定一体，便于现场施工控制。
2）底座 张拉过程中作为反力架；用钢板制作，固定于梁的张拉端起固定其他设备的作用。底座如图2所示。
图2 钢制底座
3）固定螺杆 使用图 3 中的固定螺杆和化学胶将底座固定牢靠。
4）螺杆 2 根通长的螺杆连接纤维板端部、底座和张拉千斤顶，使之成为一个整体；螺杆与各部件使用螺母连接，在与千斤顶螺杆连接时使用钢套筒。
5）2 端块 2 端块正面图如图 3 所示，将碳纤维板通过左边缝隙插入，连接螺杆固定碳纤维板。
6）1 端块 连接千斤顶和螺杆的装置，千斤顶的顶升力通过 1 端块传递给螺杆。
7）千斤顶 手动液压千斤顶，缸体行程满足张拉需要，最大拉力满足设计拉力需要。
2、预应力碳纤维板加固施工工艺流程
预应力碳纤维片材加固混凝土梁施工工艺流程如下：钻孔、植筋、安装支承座→混凝土表面打磨清洁处理→张拉装置组装→调制胶粘剂并涂抹→纤维片材分级张拉→纤维复合材料局部顶升→表面防护。
3、预应力碳纤维板加固施工过程
3.1 选择加固材料及锚具
预应力碳纤维板应选用加固专用纤维材料，根据加固梁的尺寸确定纤维材料规格，按照设计要求的张拉控制应力，并根据极限抗拉强度、弹性模量、伸长率、极限承载力等参数综合选择加固材料。端预应力纤维片材加固用锚具分为张拉端和锚固端锚具，锚具采用与材料厂家配套专用锚具，保证锚具的刚度，控制变形，减少预应力损失；锚固螺栓采用高强螺栓，张拉螺杆采用高强钢制螺杆，保证构件具有足够的刚度抵制变形；钢构件外表面需做防锈处理，可在外面镀锌，镀锌之后再涂抹 2 道防锈漆。
图 3 固定螺杆和 2 端块
3.2 安装支承座、钻孔
为防止预应力片材张拉过程中出现偏心受拉、断丝情况，在安装支承座及钻孔过程中要准确控制位置。
由于钢底座有一定的厚度，弹出底座安装位置后使用切缝机切缝，根据钢板厚度将梁底混凝土凿除，最后使用角磨机打磨平整，使钢底座与梁可以稳定贴合。
根据设计要求，使用墨盒弹出底座安装位置线，并将底座钻孔固定位置标记在混凝土梁底，使用钢筋探测仪检测预定钻孔位置是否有受力钢筋分布，如遇到分布受力钢筋，可以根据底座上固定孔位的横向富余孔调整钻孔位置，避免钻孔破坏受力钢筋。根据锚栓的直径、孔深选择确定钻孔机械、钻头，在钻孔位置按照设计孔径、孔深，垂直结构面一次成孔，孔洞与基础面的垂直度偏差为90°±2°，孔洞中心距离误差为±10mm。
使用空气压缩机和硬毛刷清孔，将空气压缩机喷嘴伸入孔底，喷出压缩空气同时向外拉出喷嘴，反复多次，将硬毛刷深入孔底，旋转往返多次拉出，清理孔壁直至清洁干净，最后用工业酒精擦洗孔底、孔壁。
植入化学锚栓时，先将高强化学胶管按规定方向置入孔中，埋入螺栓后螺栓钻进孔中，控制转速≤750r/min，钻进后应适当调整螺栓位置和垂直度，静置硬化时间根据施工现场温度确定，硬化后即可。底座位置调整时，将锚固底座扣到已经固定好的螺栓上，此时仅将一个螺母稍微拧紧即可，另外2个保持稍微松弛，为了保证底座表面与梁底平行（控制片材至梁底距离一致），使用水平尺验证锚固底座是否水平，如果水平则拧紧螺母固定即可，否则根据偏离位置，使用木塞稍微矫正后拧紧固定。
3.3 梁底表面处理
使用打磨机将表面松散风化的表层混凝土打磨清理干净，保证预应力纤维片材与混凝土结构的黏结牢靠，以形成稳定耐久的粘贴面；打磨要保证梁底平整，避免使梁底面倾斜。打磨完成后，使用洁净的干布将梁底粉尘擦拭干净，避免影响黏结。根据现场混凝土梁的实际情况，不同构件表面混凝土受损伤程度不同，施工时根据混凝土表层损伤严重情况，对于T形梁，由损伤最严重处确定要凿去混凝土保护层的厚度，然后工人在梁底侧面弹线，标记清楚要凿去的混凝土厚度，保证与梁底平行，之后再使用切割机水平、两面切割，凿除表层混凝土后使用角磨机将梁底混凝土打磨平整，最后用干布擦拭干净使无粉尘；对于简支梁，由于梁底较宽，直接使用角磨机进行打磨平整。如果有裂缝，使用填缝胶修补之后再进行施工。梁底打磨处理完之后在混凝土梁底涂抹一层底胶，底胶应涂抹均匀，保证浸入混凝土梁表面，保证后续施工能够与纤维片材有效黏结。
3.4安装张拉装置
安装张拉装置时，顶进装置要与混凝土梁中轴线准确对正，保证在张拉过程中不出现偏心受拉，拉力不均匀导致的断丝等问题。千斤顶以固定底座为反力架，千斤顶底部位置保证在底座中心部位，千斤顶顶部保证顶在1端块的中心位置，且应与碳纤维板的中轴线位置重合；待装置安装就位，对千斤顶施加一定压力，固定千斤顶。
3.5配制结构胶
结构胶使用材料生产厂家指定的与纤维材料配套的黏结材料，施工时根据每次使用量一次拌合完成，涂胶时根据施工时间安排多人施工，建筑结构胶在固化有效时间内完成施工。
首先按照胶的配合比要求进行掺和，使用转速500r/min 的搅拌机搅拌3min，搅拌完毕后在碳板上涂抹胶体，保证涂抹均匀。
3.6 张拉过程
施工中采用分级张拉的方式，一般分为5级进行，每级加载之间间隔5min，加载完毕后最后持荷30min拧紧螺栓固定。
施工之前，确保所有的部件连接无误，先通过千斤顶给预应力纤维片材施加一定的初始张拉力，使纤维板绷直，然后将力归零，记录张拉端夹具位置，并对各连接部位进行检查。
张拉过程应采取多级张拉，每级之间持荷5min，并记录张拉端锚夹具位置，对纤维片材引伸量的实际值和计算值进行比较，发现异常则要停止张拉，检查异常的原因，处理完再进行施工。待张拉完成后，拧紧固定螺栓，卸下千斤顶。
3.7表面防护
碳纤维板加固施工的表面防护一般要做两方面防护：纤维材料的防护和锚固装置的防护。纤维复合材料一般外表面做密闭防护处理。使用掺有防火剂的聚合物砂浆或其他有利于复合材料防火性能的涂料。当采用水泥砂浆作为防护层时，先在防护层外表面涂刷一层界面处理剂以增强纤维材料和水泥砂浆的黏结，外层水泥砂浆厚度一般不得少于20mm。
锚固装置需要保证装置不能移动，位置要固定；而底座及锚夹具等钢结构构件要注意防腐，端部使用微膨胀、无收缩的高性能水泥基灌浆料把整个端部装置浇筑为一体，达到保护端部结构的目的。
4、结束语
综上所述，预应力碳纤维板加固钢筋混凝土梁是对混凝土结构进行加固的一种有效方法，通过充分利用纤维复合材料的高强度特性，能够显著提高加固效益。本文介绍了预应力碳纤维板加固施工过程，对选择原材料及锚具、安装底座及钻孔、处理梁底混凝土表面、安装张拉装置、控制张拉过程及进行表面防护等过程进行了细致描述。
参考文献：
［1］杨勇新，李庆伟．预应力碳纤维布加固混凝土结构技术［M］．北京：化学工业出版社．2010．
［2］卓静，杨宏． 双层预应力碳纤维板加固大比例 T 型梁试验研究［J］．重庆大学学报（自然科学版），2013（1）：799-802．
［3］彭晖，尚守平，张建仁，等．预应力碳纤维板加固 T 梁的试验与理论研究［J］．公路交通科技，2009（10）：59-65．
［4］王高．粘贴预应力碳纤维板加固 T 梁桥施工技术［J］．公路，2014，59（6）：329-332．
论文作者:张清温
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/9/2
标签：碳纤维论文; 预应力论文; 底座论文; 锚固论文; 混凝土论文; 千斤顶论文; 螺杆论文; 《低碳地产》2016年第8期论文;