淺談碳纖維布加固橋涵蓋板

任國柱

【摘 要】隨著近年來載重汽車噸位的不斷增大，我們在進行的公路日常養護工作中發現許多公路經過多年運營許多橋涵的蓋板出現了混凝土開裂、風化露筋、鋼筋銹蝕等嚴重病害，橋涵蓋板的承載力下降。該病害嚴重地影響到公路行車安全，急需對發生病害的橋涵蓋板進行加固處理。本文簡要的談了碳纖維技術加固橋涵蓋板的工作原理、特點及施工工藝流程。

【關鍵詞】橋涵蓋板 病害 碳纖維布 加固

1前言

隨著近年來載重汽車噸位的不斷增大，我們在進行的公路日常養護工作中發現許多公路經過多年運營許多橋涵的蓋板出現了混凝土開裂、風化露筋、鋼筋銹蝕等嚴重病害，橋涵蓋板的承載力下降。該病害嚴重地影響到公路行車安全，急需對發生病害的橋涵蓋板進行加固處理。

2 病害產生原因

產生此類病害的原因是多方面的，主要有以下幾點:（1）在橋涵建設施工時，存在質量問題，蓋板鋼筋保護層厚度不夠，混凝土震搗不密實，經常年使用，表層混凝土容易風化脫落，形成露筋。（2）蓋板防水層開裂失效，雨水不斷滲入與蓋板混凝土的主要成分硅酸鈣發生水化反應，形成游離鈣、硅酸和氫氧根，在毛細壓作用下混凝土中的鹽份被水帶出淤積于混凝土表面，進一步與空氣中的二氧化碳反應在混凝土表面結晶形成白色硬塊，最后形成堿蝕。在這個過程中，如果結構存在裂縫，就會引起鋼筋的銹脹，出現鋼筋銹蝕的情況。（3）我省海西地區空氣中和土質中都含有一定的氯鹽成分，鹽水滲入到蓋板混凝土的縫隙里，引起堿骨料反應發生鹽腐蝕，加速了混凝土的離析。

3 碳纖維加固技術

3.1碳纖維加固技術的發展

碳纖維又稱增強復合材料，用于混凝土結構的加固始于70—80年代的美國、日本。日本阪神大地震及臺灣“9.11”地震后，碳纖維加固技術被廣泛用于震后建筑重建和補強，這些都促進了碳纖維在加固補強工程中的應用。我國在這方面起步較晚，但發展勢頭迅猛，進展飛快，已經有了許多橋梁加固成功的實例。如南京機場路高架橋空心板補強修復；盧溝新橋的補強修復工程等等。

3.2碳纖維加固技術的工作原理、特點及優越性

碳纖維增強復合材料加固修補混凝土結構技術，是利用專門配制的粘結劑將碳纖維片粘貼在混凝土構件需補強加固部位表面，使混凝土與碳纖維片形成一體，共同工作的加固修補方式。（1）碳纖維復合材料具有優越力學性能，其抗拉強度是普通Ⅱ級鋼筋抗拉強度的10倍以上，彈模也與鋼材相當；（2）碳纖維材料不與酸堿鹽等化學物質發生反應，因而用碳纖維材料加固后的鋼筋混凝土構件具有良好的耐腐蝕性及耐久性，適合于沿海地區空氣濕度大，鹽堿含量較高的特點；（3）碳纖維的單位體積重量僅為鋼材的l／4左右，制成板狀后，其厚度僅為1.4mm左右，幾乎不增加結構自重和改變截面外形。由于碳纖維布是一種柔性材料，而且可以任意裁剪，可以有效的封閉混凝土結構的裂縫，且不改變結構形狀及不影響結構外觀，很適合于加固橋涵蓋板這類施工面較小的工程。（4）施工簡便、工序簡單，由于其自重較輕，可用小型電動工具操作，操作空間要求較寬松。不像傳統補強方法需要眾多工種、大量勞力及大型施工設備，可以在傳統技術無法施工的有限作業空間內實施。通過對兩種施工方案各自特點的研究比較，我們段技術人員認為第二種方案更加適合本次橋涵蓋板加固工程。

4 施工流程

橋涵蓋板加固工程的施工日期要安排在雨季前或雨季后，以減少雨水對工程的影響。其施工工序為施工準備、混凝土表面處理、配置、涂刷底膠、配置找平膠并找平面層、粘貼碳纖維片材、保護。

（1）施工準備：認真閱讀設計圖紙，根據實際情況擬定施工計劃，備齊施工所需的各種材料及機具。

（2）混凝土表面處理：清除橋涵蓋板底面剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，對于較大面積的劣質層在鑿除后用環氧砂漿進行修復。用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，將混凝土面層打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，轉角粘貼處進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm)。用吹風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

（3）配置、涂刷底膠：按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后再進行下一工序施工。一般固化時間為2～3d。

（4）配置找平膠（FE膠）并找平面層混凝土蓋板表面凹陷部位用FE膠填平，模板接頭等出現高度差的部位應用FE膠填補，轉角處用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。

（5）粘貼碳纖維片材：按尺寸裁剪碳纖維布，調配、攪拌粘貼碳纖維材料的加固專用膠（FR膠），攪拌至色澤均勻，然后用滾筒刷均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在確定所粘貼部位無誤后剝去離型紙，將碳纖維布拉緊展平并鋪在涂有FR膠基面上，用特制滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維。碳纖維沿纖維方向的搭接長度不小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維固定。多層粘貼重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥進行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維的表面均勻涂抹FR膠。其厚度為1～2 mm。

（6）保護在加固后的碳纖維表面噴防火涂料進行保護。

5 結束語

通過全國不同地區應用碳纖維加固技術整治、加固的工程中運用了這項技術，總體反映都取得了良好的效果。我省公路局對此項技術在局部地區也進行了試驗，實踐證明碳纖維具有高強高效、材質薄、重量輕、施工便捷、耐久耐腐蝕性好等特點，因此該項技術具有重要的社會意義，并蘊藏著巨大的經濟效益。采用碳纖維加固修補混凝土結構在公路養護中具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

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[2]鄧宇.碳纖維布加固鋼筋鋼纖維混凝土梁的試驗研究[D].鄭州大學,2005.

[3]馮雪松.碳纖維（CFRP）加固鋼筋混凝土梁抗剪性能的試驗研究[D].東南大學,2005.