碳纖維布在橋梁加固維修中的應用

■吳體飛 ■江蘇燕寧工程咨詢有限公司，江蘇 南京 211111

1 工程概況

某橋位于K110的一處，在90年代初建立。當時的設計標準為交通部一級公路，公路荷載的標準為:掛—100、汽—20，橋的整體由雙向車道組成，最終形成兩個半幅橋，橋中間設分車道。橋的長、寬分別為91m、23．5m，L=13．0m鋼筋混凝土制成的空心板梁作為橋梁的上部結構下部結構為雙柱式鉆孔灌注樁墩臺，樁徑除兩橋臺為Ф1．3m外，其余各墩均為Ф1．2m。

2 橋梁現狀

通過對該橋進行細致的檢測，較為嚴重的問題出現在橋梁結構的橋面鋪裝和承重構件板梁，病害主要體現在以下幾個方面:(1)板梁出現很多縱向裂縫，而且內部鋼筋受到嚴重腐蝕;(2)部分板梁混凝土腐蝕、霉變現象較為嚴重，其相應回彈強度也明顯偏低;(3)在橋面上有很多網狀裂縫，而且形成的裂縫比較明顯;(4)在橋上的泄水孔被堵住，不能有效排水;(5)橋梁的護欄已經風化嚴重，出現混凝土剝落和鋼筋生銹。

3 維修加固方案的選定及原則

現對目前常用的橋梁維修加固方法作一個簡單的介紹及比較。

3．1 利用鋼筋混凝土進行外包

用鋼筋混凝土在原有橋梁上進行外包，形成新的土面層，使橋體構建面增大，進而使橋體的剛度、動力性能和承載能力提高。此種施工方法比較簡單，使橋梁的延性、承載力和剛度能夠大幅度的有效提高;缺點是需要較長的施工周期。

3．2 用粘結劑進行加固

鋼板和橋梁通過粘結劑粘貼在一起，給橋梁提高承載力。此種加固方法的優點為快捷、方便的施工，對橋梁沒有較大的影響;缺點為橋梁養護過程中費用過高，而且粘結劑對環境的要求比較嚴格，它使用的環境溫度要小于60℃。

3．3 橋體外進行植筋

為了使橋梁結構的延性和承載力得到有效提高，可以給原來的橋體結構進行植筋，提供張拉預應力筋。此種加固方法的優點是可以在正常使用的情況下進行施工，而且工期短、方便;缺點是需要較高的養護費用，而且較高要求原橋梁的橫隔板和腹板良好。

3．4 用碳纖維進行加固

碳纖維布用環氧樹脂粘貼劑粘到橋梁上，并且沿著受力方向粘貼，最后形成新的復合體結構，使原有鋼筋混凝土和碳纖維共同形成受力面，使橋體結構能增加抗剪和抗彎的能力。此種加固方法的優點是在截面尺寸和結構自重不增加，以及同時凈空尺寸不改變的情況下，施工比較方便，而且施工在不損傷原結構基礎上，可以使橋梁的抗疲勞、耐久和耐腐蝕的性能增強。缺點為形成的彈性模量與強度之間的比值低，如果溫度超過60℃時，環氧樹脂就會出現軟化。

結合本工程板梁的病害程度及以上幾種維修加固方案的介紹，同時考慮到寧通公路為我省主干道之一，交通流量大，較長時間的封閉交通進行施工增加繞行距離，社會影響較大，所以決定采用更換板梁和粘貼碳纖維布二種方案進行加固維修處理，由于板梁預制施工工藝已經成熟，在此本文不再作具體介紹。

4 碳纖維布在橋梁加固中的原理

碳纖維材料在建筑結構應用中，有很好的力學性能，它能夠比建筑鋼材的強度大幾十倍;但是，通過碳纖維絲形成的布不能夠形成統一的工作力度，在受到外力作用下，一些較高性能的碳纖維就最先達到最大拉力強度，同時退出工作狀態，最后逐漸把碳纖維絲拉斷，破壞碳纖維的整體拉力作用。如果用粘結劑來粘貼，能夠有效的把碳纖維絲的共同力量集中起來，增大碳纖維布的抗拉強度。因此，在使用碳纖維布的加固過程中，要使碳纖維絲在碳纖維布里共同形成統一的受力面，而此時粘結劑就起著及其重要的作用，它既能使碳纖維絲產生集體受力作用，還能使橋梁結構和碳纖維布共同受力，最終實現橋梁加固。

5 碳纖維布施工方法

(1)完成對碳纖維布、配套樹脂類粘結材料的試驗工作，取得質檢部門的產品性能檢測報告和產品合格證。同時要保證配套樹脂類粘結材料符合相關使用標準。

表1 碳纖維布力學性能指標

表2 找平材料和底層樹脂膠的性能指標

表3 浸粘結樹脂性能指標

(2)施工步驟。先處理橋梁表面，在進行涂刷底樹脂，進而處理不平整位置，開始涂刷浸漬樹脂，并且粘貼碳纖維布和樹脂，最后進行表面防護。

(3)具體施工技術。①表面進行加固:a把橋體固有表面剝落的混凝土、疏松和腐蝕等問題進行清除，讓混凝土結構層裸露，同時用有關材料進行修復平整。b根據設計進行封閉和灌縫橋體的裂縫。c打磨平整被粘帖的混凝土表面，使混凝土表面的浮沉、油漬等雜質被清理，等到混凝土的結構完全裸露，然后要打磨粘貼位置的導角，形成圓弧狀，而且圓弧的半徑要超過20mm。d保持混凝土表面干燥、清潔，必要時采用噴燈烘干。②底層樹脂的涂刷:a底層樹脂在配置過程中要嚴格按照產品工藝說明。b砼表面用滾筒刷把底層樹脂均勻涂抹。樹脂干燥后，立即進一步開始下一工序。③找平的施工技術:a找平施工中的材料要嚴格按照規定進行配置。b用找平材料填補砼表面的凹陷，使砼表面的棱角消失。c用找平材料處理轉角，使其形成圓弧狀，而且半徑要大于等于20mm。d找平材料表面干燥后，要立即進行下一工序施工。④粘貼碳纖維布技術:a先按要求進行裁剪碳纖維布。b配制浸漬樹脂過程中要嚴格按照產品規定，把配置好的浸漬樹脂在粘貼部位涂抹均勻。c為了使碳纖維布能充分被浸漬樹脂浸透，需要用滾筒朝著碳纖維方向滾壓，通過多次滾壓除去氣泡。滾壓過程中要防止損壞碳纖維布。d粘貼多層碳纖維布，工藝和上述方法一致，當第一層的浸漬樹脂干燥后，及時進行下一層的粘貼，e當粘貼完最后一層碳纖維布后，把浸漬樹脂均勻涂抹在碳纖維布表面，1-2mm的厚度。⑤表面的防護施工。7天以后就已經完成加固層固化，然后按照施工規定，做最后防護工作，開始涂刷面漆進行防護，并保證防護材料與碳纖維布之間有可靠的粘結。

6 碳纖維布施工要點

(1)橋體結構形成拐角半徑要大于等于20mm，使角部的碳纖維應力減輕，經過多面的實踐經驗，即使通過這樣處理，在拐角部位仍可能破壞碳纖維布。(2)修復混凝土構件表面非常重要，它對碳纖維布性能的發揮有很大影響。(3)碳纖維布材料可以導電，因此施工中要避免接觸電氣設備，施工中要采取相應保護措施。(4)粘貼碳纖維布要確保牢固，如果出現剝離情況，就不能很好的發揮加固作用，而且也不能很好的發揮其良好性能。(5)檢查碳纖維布粘貼質量時，可以用敲擊和手壓的方法來檢測，查看碳纖維布表面粘貼情況，確保密實面積＞95%;如粘接長度不夠時，粘貼時應重合300mm。(6)施工過程中，碳纖維布施工所對應的樹脂配比要嚴格按照要求執行，而且浸膠要浸透碳纖維布，均勻的把膠刷到混凝土表面，施工人員要配置齊全，碳纖維布施工粘貼時間要控制好。(7)碳纖維布的施工最佳時間要大于5℃，在低溫的環境下需要做保溫處理，而且也要注意結構材料的溫度和環境溫度有太大的差異，避免出現漏洞，確保施工環境小于等于85%的濕度。(8)相關碳纖維布的一些配套材料要密封保存，防止光和火，施工的場所要通風良好，保證安全配置樹脂。(9)施工人員要注意安全，提前做好防護措施。

7 碳纖維布加固優點

(1)抗拉強度高:碳纖維布的抗拉強度一般都在3000Mpa以上，是普通鋼筋材的10倍，將他用環氧樹脂與鋼筋混凝土構件粘貼后一起受力工作，補強效果明顯。(2)施工速度快，且簡便:碳纖維布是一種很輕的材料，施工過程中，大型施工設備基本不涉及，操作比較容易。但如遇到特殊路段的跨線橋梁、跨河道橋梁的維修加固，對支架搭設及施工需要編制專項施工方案，保證施工安全。(3)具有抗酸堿鹽類介質的腐蝕及良好的耐久性:碳纖維布在加固過程中只用配套樹脂，因此不存在生銹的情況，而且在自然環境下耐酸、堿等，有很強的抗腐蝕特性，可以應用于各種工作環境的構件加固。(4)不改變原結構，外形漂亮:根據構件的形狀，碳纖維布在施工中可以隨意裁剪和粘貼，施工后不增加構建的重量和體積，而且在外面還可以涂刷裝飾和防火材料。(5)自重輕，結構自重和截面尺寸基本不需要增加;裁剪方便，而且有很好的柔性，比較適用。(6)混凝土結構產生的裂縫能夠得到有效封閉，使混凝土結構的使用壽命延長。(7)過短的施工工期。

8 結束語

碳纖維布的粘貼加固施工技術，能夠有效的把舊橋加固，此種方法也被國際所普遍認可，而且很是重視此項技術，同時也被廣泛的應用，經過實踐證明，它的優越性是我國未來舊橋加固的發展技術。經過此次項目的應用，在技術實施過程中，其自重小、施工簡便、施工周期短等特點得到了很好的體現。本項目由于受工期、交通、結構簡單等條件的影響，維修加固質量需要經過二到三個月甚至更長時間的觀察和監測，通過對數據的收集與分析，才能便準確的評估橋梁的維修加固的效果，總結經驗，為今后該項技術用于我省大跨徑橋梁或結構更加復雜橋梁的維修加固奠定基礎。

［1］竇角．淺淡碳纖維布在混凝土橋梁加固技術中的應用［J］．山西建筑，2008(01)．

［2］張顯坤等．碳纖維布在加固混凝土橋梁中的應用與研究［J］．山西建筑，2008(07)．

［3］岳清瑞等．CECS146∶2003．碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程［S］．國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心，2003．