淺談碳纖維布在橋梁加固中的應用

劉俊民

（唐山市交通勘察設計院有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

隨著國家經濟、科技的不斷發展，橋梁加固技術越來越受關注。橋梁結構加固技術主要有：增大構件截面加固法；增加輔助構件，如增加混凝土構件、增加體外預應力等；粘貼補強材料，如粘貼鋼板、粘貼碳纖維布等。本文只詳述粘貼碳纖維布的加固方法。粘貼碳纖維布加固混凝土結構技術是一項新型、簡便、有效的混凝土橋梁加固技術。該技術充分應用了碳纖維增強復合材料所特有的高比強度、高比模量、耐腐蝕、抗疲勞及施工簡便等許多優點，為混凝土橋梁加固技術注入了新的活力。本文結合唐山市唐港高速橋梁碳纖維布加固技術的實踐，詳細闡述碳纖維布技術的工藝、工序及施工注意事項。

1 材料特點及適用條件

碳纖維布可用于抗彎、抗剪、抗壓(偏心受壓)及抗震等多種形式的加固[1]。該方法適用于混凝土梁式橋、板式橋的抗彎和抗剪加固。對于配筋率較低或鋼筋銹蝕嚴重的舊橋，加固效果尤為顯著；還適用于混凝土墩柱的抗剪、抗壓補強，抗震延性補強以及地震破壞后的修復等。

使用碳纖維布加固具有以下幾個優點：

（1）強度高，抗拉強度約為普通鋼材的10～15倍。

（2）加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性。

（3）自重輕，該工程碳布約300 g/m2，基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣。

（4）施工簡便，不需大型施工機械及周轉材料，易于操作，經濟性好；

（5）施工工期短，該工程實例僅用7 d。

2 唐港高速橋梁加固工程概況

唐港高速K4+863.7小橋，跨徑為1～13 m，上部結構為預制鋼筋混凝土空心板，下部結構為薄壁臺接樁基，右偏交角80°，雙幅橋，半幅橋寬14.5 m，兩幅橋中間分隔帶寬度為1 m，橋面鋪裝為9 cm瀝青混凝土+10 cm水泥混凝土，橋梁設計荷載為汽車—超20級、掛車—120。上部梁板出現的病害為：多數板底跨中及1/4處出現網狀裂縫并有滲水現象，最大裂縫寬度達0.4 mm。

3 粘貼碳纖維布施工技術

3.1 一般要求

（1）粘貼碳纖維布加固修復混凝土結構應由熟悉施工工藝的專業施工隊伍完成，并精心組織，精心施工。

（2）在表面處理和粘貼碳纖維板前，應按加固設計部位放線定位。

3.2 材料要求

（1）碳纖維布的主要性能指標應滿足：抗拉強度最小值大于3 000MPa；彈性模量大于2.0×105MPa；延伸率大于1.7%。

（2）底層樹脂的正拉粘結強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（3）找平材料的正拉粘結強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（4）浸漬樹脂和粘結樹脂性能指標應滿足以下要求：抗拉剪切強度不小于10 MPa，拉伸強度不小于30 MPa，彎曲強度不小于40 MPa；正拉粘接強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（5）表面防護材料應與浸漬樹脂具有可靠的粘結強度及良好的變形性能。

3.3 施工步驟[2]

3.3.1 基底表面處理

清除板底表面剝落、疏松、腐蝕等劣化混凝土，混凝土表面用角磨機打磨平整，直至露出混凝土結構層。構件面蜂窩、麻面、凹凸部位用修補結構膠填平，修補膠固化后（以手指觸感干燥為宜，約5 h）進行下一道工序。

3.3.2 涂底層膠

按粘貼面積計算好用量，準確稱取甲、乙組份，按甲∶乙=3∶1的混合比例，在一潔凈容器（塑料或金屬盆，不得有油污、水、雜質）中均勻攪拌，攪拌時最好沿同一方向攪拌,盡量避免混入空氣形成氣泡。用硬毛刷將配好的底膠均勻地涂刷到粘貼面，膠量必須充足飽滿。

3.3.3 粘貼碳纖維布

按設計要求尺寸剪裁碳布，注意整齊劃一，避免毛刺。宜在平整的木板、紙板、塑料布上裁剪，以保持纖維布的潔凈。碳布粘貼前應先配制完成面膠，然后將配制好的面膠均勻涂抹于構件粘貼部位和碳布上 (75%的面膠涂抹在碳布的粘貼面，當粘貼后，剩余的25%面膠涂抹于碳布外表面)，拐角部位適當多涂抹一些。用專用滾筒順纖維方向多次滾壓，促使碳布平整延展，粘貼劑充分滲透，滾壓時不得損傷纖維布。在碳布表面涂刷部分粘貼劑，繼續往復刮涂碾壓，趕出氣泡，并使粘貼劑均勻覆蓋碳布。注意碳纖維片縱向接頭，必須搭接10cm以上。第一層碳布表面面膠指觸干燥后，立即進行第二層碳布粘貼，重復上述步驟。注意第二層粘貼時，縱向搭接不能與第一層在一個部位，層間必須錯開至少50 cm。

3.3.4 表面防護

粘貼48 h后，刷20 mm厚水泥砂保護，涂刷要均勻，無流漿、滴淚現象。

3.4 檢驗與驗收

（1）在開始施工前應確認碳布及配套粘貼膠的產品合格證、出廠檢驗報告。

（2）碳布與混凝土之間的粘貼質量可用小錘輕擊或手壓粘貼面判斷粘貼效果，總有效粘結面積不應小于95%。如出現輕微空鼓，空鼓面積小于100 cm2，可采取針管注膠的方法進行補救；若空鼓面積大于100 cm2，宜將空鼓處的碳布切除，重新搭接貼上等量的碳布，搭接長度不小于100 mm。

4 粘貼碳纖維布加固施工注意事項

（1）碳纖維布為導電材料，使用碳纖維布時應盡量遠離電器設備及電源；

（2）碳纖維布配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射；

（3）樹脂的配置和使用場所，應保持通風良好；

（4）現場施工人員應根據使用樹脂材料采取相應的勞動保護措施；

（5）施工宜在5℃以上環境溫度條件下進行，并應符合配套樹脂的施工使用溫度。當環境溫度低于5℃時，應使用適用于低溫的配套樹脂或采用升溫處理措施。

（6）在表面處理和粘貼碳纖維布前，應按加固設計部位放線定位。

5 經驗總結

（1）該工程全橋共7塊預制板采用了碳布加固，粘貼碳布用時7 d。實踐證明粘貼碳布施工工序簡單，可用小型電動工具操作，工種少、用工少、工期短、進度快,大大縮短了施工斷交的時間，具有較大的經濟效益和社會效益。

（2）此橋梁屬于跨路橋，粘貼碳布時采用的是鋼管支架，因此在施工時應做好行車及行人的安全工作，確保施工安全和質量。

（3）碳布在使用過程中易產生線屑、毛羽,若附著皮膚會產生刺激而瘙癢,若吸入會造成喉嚨、氣管、肺的傷害，所以施工時最好著工作服、手套、口罩、護目鏡等。施工完畢用肥皂水將外漏部位清洗干凈。

[1]張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]諶潤水，胡釗芳，帥長斌.公路舊橋加固技術與實例[M].北京：人民交通出版社，2002.