碳纖維及芳綸纖維在橋梁加固中的推廣應用

于 野

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

0 前言

橋梁絕大部分是可能通過加固改造而繼續使用的，碳纖維加固修補結構技術是一處新的，結構加固技術，它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于鋼筋混凝土表面，以達到對結構及構件加固站強養護的目的，碳纖維材料用于混凝土結構加固修補的研究始于20世紀80年代美，日等發達國家，我國起步較晚，應大力研究推廣應用。

1 碳纖維片材料的材料性能

碳纖維是具有優越的物理力學性質的新材料，也是目前性能最好，用途最多的增強纖維，在木土工程結構補強中，使用較多的碳纖維增強塑料是碳纖維片材。目前，在我國應用最多的是日本生產的碳纖維片。

(1)碳纖維片材的物理機械性能。鋼筋設計抗拉強度為240～550 MPa，高強度碳纖纖片材提高了鋼筋的屈服荷載，減少了鋼筋內的消力，高模量碳纖維進一步提高警惕服荷載，可減少片材的使用層數。

(2)耐久性。經加速暴露的試驗證實，碳纖維片的強度和粘著性有在相當于50年的時間內不發生劣化。環氧樹脂粘結料在核輻射試驗中可經受20年，通過紅外線分光法試驗，確認內部環氧樹脂完好無損。

2 碳纖維材料在橋梁結構加固中的應用及施工工藝流程

2.1 具體應用

(1)抗彎拉補強。在受拉區及連續板梁，懸臂板梁支座的上部，沿受力筋方向粘貼碳纖維片，根據受力需要進行設計，確定粘貼層數，若應用高彈性模量片村，補強效果更顯著，由于碳纖維片彈性模量比鋼筋稍大，受力時延伸率小于鋼筋。

(2)抗剪補強。通常是在梁靠近端部主拉應力較大的區域或較大集中荷載作用的部位，補強時在梁的兩側面豎向粘貼，或與梁底形成U形環包，相當于增加抗剪箍筋以分擔原箍筋的剪力，必要時可交就粘貼單向碳纖維片。

(3)中心受壓補強。用碳纖維在構件中部橫向環包，增強混凝土的約束，提高抗壓強度。

(4)偏心受壓構件。在構件受彎拉的側面沿柱軸縱向粘貼，可有效補強。

(5)抗震性能補強。在地震或臺風的橫向力作用下，柱端彎矩和剪力都很大，可以縱向粘貼和環包同時進行，既提高構件賁向側力，又改善能量吸收性能。提高結構和延性，使結構抗側向力能力顯著提高。

(6)涵洞，隧道及襯砌側修補。由于環向壓力不均勻造成橫斷面各方位應力產生縱向受力不均勻造成橫斷面各方位應力異常而產生縱向受拉裂縫，甚至襯砌剝落，以及由于地基沉降不均勻造成的縱向錯位，都可以采用混凝土局部填補，置換和碳纖維片補強聯合應用的方法。

(7)封閉及防護功能。粘貼碳纖維片可將結構裂縫封閉，較寬較深的裂縫還可以在貼片前用環氧樹脂灌縫進行封閉，從而控制裂縫的進一步擴展，阻止水分滲入引起鋼筋銹蝕，還能增強抗腐蝕性能。

2.2 碳纖維片補強施工的工藝流程

(1)混凝土構件的表面處理。將混凝土表面的疏松，脆裂等缺陷清除達到表面堅實，露筋的銹塊，脆裂等缺陷清除達到表面堅實，露筋的銹塊，銹皮均須清除，必要進須做防銹處理，對混凝土表面寬度小于0.2 mm的裂縫，用環氧樹脂涂抹封閉，寬度大于0.2 mm的裂縫，需用環氧樹脂灌。對混凝土表面殘缺部分用高于原混凝土強度等級的砂漿或混凝土修補夾帶，并將混凝土表面的風化劣化層，浮漿，油污等清理干凈，混凝土表面的漿楞，模板段差，直角等帶有棱角的地方應打磨圓滑夾帶，將存留在表面的粉未清除干凈，保持被修補表面的徹底清潔。

(2)除底層界面劑。在處理好的混凝土表面涂刷環氧樹脂底層涂料，使底層樹脂滲入到混凝土中，增加粘結力。

(3)構件表面的殘缺修補。底層涂料涂刷面涂刷環氧樹脂底層涂料，使底層樹脂滲入到混凝土中，增加粘結力。

(4)構件表面的殘缺修補。底層涂料涂刷后，用環氧膩子將混凝土表面的孔隙修整。再在其表面涂刷一層粘結樹脂，貼片工序操作的技術性很強，有嚴格的操作堆積和質量控制標準，以確保粘貼的質量。

(5)養護。粘貼工作完成后，通常在自然條件下養護1～2周，視溫度條件而定。

(6)涂裝。補強完成后，碳纖維片的表面可視需要涂刷各種性能和不同顏色的涂裝，增強補強的效果。

3 芳綸纖維加固補強的施工程序

(1)材料進場。混凝土芳綸纖維的加固補強一般用以下幾種材料，芳綸纖維，浸漬樹脂，底膠。

(2)芳綸纖維是一種輕質高強，抗沖擊性能好，耐腐蝕性好以及非導電性的復合材料，芳綸纖維的抗拉強度在實際施工中中的是芳綸纖維布，芳綸纖維布是將纖維按同一方向排列編制而形成的片材。

(3)浸漬樹脂浸透芳纖維。使纖維組合成板狀整體，具有一定強度，并使之粘貼在混凝土表面，一般情況下，浸漬樹脂是環養樹脂系列，是常溫裂化型的主劑和硬化劑的混合體。保管方法:存放地方要求通風，避光，且無水份及灰塵。

(4)底膠是非溶劑性低粘度的環氧樹脂。涂在混凝土表面，能夠浸透構件表面，確保混凝土與纖維布及浸漬樹脂有高度的粘結力。不同混凝土強度對于底膠的粘結力要求也不同，隨著混凝土強度的提高，混凝土與芳綸纖維的粘結力強度也不斷提高，施工時選用的底膠是環氧樹脂系二組液態混合物。

4 修補墩柱裂縫及表面處理

混凝土表面如果不經表面處理，芳綸纖維與混凝土的結合性會降低，而達不到應有的補強效果，因此，混凝土在補強前必須對混凝土表面進行處理。

(1)橋裂縫嚴重。(2)對墩進行處理。鑿掉部分破損及空洞的混凝土，向裂縫內灌注環氧樹脂膠，同時對鋼筋外漏處，應對鋼筋進行除銹處理，然后用水泥砂漿修補平整。(3)對全橋墩柱進行打磨處理，必須清除墩柱表面浮漿及凹凸不平處，施工時模板拉縫處的錯臺也要進行整平處理，直到漏出細骨料為止，用濕布擦試墩柱表面，有油膩部分應用丙酮清洗。(4)涂底膠。按產品說明書的使用方法按比例調配底膠，充分攪拌使其混合均勻，每次調和的樹脂要盡可能在規定時間內完成，調配底膠時必須帶保護眼鏡，口罩，手套等安全工具，并注意安全，注意防火。

涂底膠時的施工要點(1)涂底膠前要確認混凝土的一有面干燥，潮濕狀態下，要進行干燥處理。(2)底膠在指觸硬化前，外界溫度若在5度以下，要采取適當的保溫措施或者采用低溫型底膠。(3)因為底膠提高浸漬樹脂的粘結性，所以用滾筒或毛刷將底膠干燥后，要用環氧類膩子進行整平處理，使芳綸纖維布緊貼在混凝土表面。

5 粘貼芳綸纖維布

(1)打墨線:按照芳綸纖維布，在墩柱混凝土表面打出粘貼的標準線。

(2)混凝土表面狀態的鑒定。看底膠表面是否附著水分及灰塵，如果有應及時采取措施除去。底膠含有機溶劑時，指觸即可確定干燥程度，若指觸不干，則可采取升溫措施，加速底膠硬化。

(3)拌和浸漬樹脂。把浸漬樹脂的主劑和硬化劑按一定比例放入容器，人工按同一方向均勻攪拌，攪拌之后，樹脂之后含有大量氣泡，應待氣泡減少后再使用。

(4)涂底層浸漬樹脂。用滾動毛刷浸漬樹脂均勻涂在混凝土表面，樹脂用量按照說明書標準規定使用。

(5)粘貼芳綸纖維布。芳綸纖維布按圖進行粘貼，應注意是否有氣泡及其他殘留物，用滾筒滾壓芳綸纖維布，使其與混凝土緊密結合。

(6)涂外層浸漬權脂。底層的浸漬樹脂浸透纖維布后，外層還要再涂一遍樹脂，底層的浸漬樹脂浸透維布的紡織方向均勻地涂抹樹脂，同時應注意除去殘留氣泡，使纖維布和里外樹脂結成一體。

(7)涂外層浸漬樹脂。底層的浸漬樹脂浸透纖維布后，外層還要再涂一遍樹脂，同時應注意除去殘留氣泡，使纖維布和里外樹脂結成一體。

(8)養護。樹脂初期硬化時表面若附著水分，會出現不良硬化層，為防止水分附者，用PVC膜覆蓋養護。硬化過程中，若雨水侵蝕墩柱混凝土表現面樹脂，則應對基進行處理，用專用沖淡劑登記去硬化層，然后再進行下一步施工。

6 結束語

我國公路建設已逐漸進入養護改建階段，大量橋梁構造物需要加固補強，以適應交通量增長的需要。碳纖維以其較突出的優點著稱，我們只有在實際施工中不斷應用，不斷提高，才能更好地發揮它的作用。