預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼施工技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用

王　健

摘要：為適應(yīng)我國(guó)公路橋梁養(yǎng)護(hù)與加固改造要求，我國(guó)各省公路管養(yǎng)部門(mén)開(kāi)展了橋梁加固技術(shù)的試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐嘗試，積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。本文介紹了橋梁加固的概念以及常用方法，并重點(diǎn)研究了預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼施工技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：公路橋梁養(yǎng)護(hù)；加固改造；預(yù)應(yīng)力；碳纖維粘貼施工

1 公路橋梁加固概述

1.1 公路橋梁加固的概念

橋梁加固是指對(duì)有缺陷的橋梁構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或加寬，改善結(jié)構(gòu)性能，恢復(fù)和提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全度，提高其承載能力、通行能力，以延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，使整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)可滿足規(guī)定的承載力要求，并滿足規(guī)定的使用功能需求，滿足并能適應(yīng)不斷發(fā)展的交通運(yùn)輸要求。橋梁加固包含兩個(gè)方面的意思:一個(gè)是對(duì)己受損橋梁的加固，使其恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)的抗力或超過(guò)原有結(jié)構(gòu)的抗力；另一個(gè)是對(duì)完好橋梁的加固，使其提高結(jié)構(gòu)抗力或者改善結(jié)構(gòu)功能，以滿足新的使用要求。

1.2 公路橋梁常用加固方法

橋梁加固的方法大致分以下幾種類型:

加固補(bǔ)強(qiáng)薄弱構(gòu)件。對(duì)于有嚴(yán)重缺陷或因通行重型車(chē)輛而不能滿足承載力要求的薄弱構(gòu)件，可以采用新的材料(鋼筋、鋼板、混凝土、復(fù)合材料等)，增大構(gòu)件截面尺寸、增設(shè)外部預(yù)應(yīng)力鋼筋或用化學(xué)粘貼劑粘貼補(bǔ)強(qiáng)材料等補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，這種方法實(shí)際上是通過(guò)增加構(gòu)件的剛度或增加受力材料數(shù)量來(lái)提高原構(gòu)件的承載能力。

增設(shè)輔助構(gòu)件。在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加新的受力構(gòu)件，如在多梁式梁橋中為增強(qiáng)橫向聯(lián)系而增設(shè)的端橫梁、中橫梁：又如樁基承載力不足時(shí)增設(shè)扁擔(dān)樁、增設(shè)擴(kuò)大承臺(tái)等。

改變結(jié)構(gòu)體系。不同的結(jié)構(gòu)體系其受力性能不同，通過(guò)結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換來(lái)改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的受力狀況，人為地改善原結(jié)構(gòu)受力整體性能，以達(dá)到改善和提高橋梁承受荷載能力的目的。例如將有推力體系的拱橋改變成無(wú)推力體系的拱橋以改善拱圈、拱腳及拱頂截面的受力狀態(tài)；又如將原有的多孔簡(jiǎn)支梁橋通過(guò)一定的構(gòu)造措施改變?yōu)檫B續(xù)梁橋，利用連續(xù)體系來(lái)改善原有簡(jiǎn)支梁跨中部分的受彎等。結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變一般都能起到較好的加固補(bǔ)強(qiáng)的效果，但隨著體系的改變所形成的新體系中某些構(gòu)件或截面的受力需按新體系進(jìn)行認(rèn)真的檢算，并采取相應(yīng)的措施。

更換構(gòu)件。橋梁局部構(gòu)件有嚴(yán)重缺陷而不易修復(fù)時(shí)，也可采用新的構(gòu)件替換原有結(jié)構(gòu)。如斜拉橋的拉索銹蝕損壞時(shí)，可用新的拉索來(lái)替換:當(dāng)橋梁支座失去功效而不能滿足主梁變形受力的要求時(shí)，可將主梁頂起更換支座；又如少筋微彎板梁橋的微彎板，破損后不易修復(fù)，也可考慮更換；再如雙曲拱橋的拱波、剛架拱橋的橋面板等。

2 預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼加固技術(shù)施工工藝

粘貼碳纖維加固技術(shù)施工工藝流程主要為:構(gòu)件表面處理——涂刷底層涂料——粘貼面修補(bǔ)整平——養(yǎng)護(hù)——表面涂裝。

2.1 構(gòu)件表面處理

將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位，使其表面平整；檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕，需進(jìn)行必要處理；對(duì)經(jīng)剔鑿、清除和露筋的構(gòu)件殘缺部分，用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原，達(dá)到表面平整；裂縫處理。寬度小于0.20mm的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂抹封閉:大于0.20mm的裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫；將構(gòu)件表面凸出部分打磨平整，修復(fù)后的段差要盡量平順。

2.2 涂刷底層涂料

把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi)，用攪拌器拌合均勻；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完；在底層涂料中嚴(yán)禁添加溶劑。含有溶劑的毛刷或用溶劑濕了的滾筒不得使用；用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工；底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分要用砂布或角磨機(jī)磨平。

2.3 粘貼面修補(bǔ)整平

構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?，并修?fù)至表面平整、順滑；內(nèi)角要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)，使之平順。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧膩?zhàn)訒r(shí)，要在相對(duì)濕度RH85%以下施工。膩?zhàn)油抗魏螅砻嫒源嬖诘陌纪共诩y，應(yīng)再用砂紙打磨平整。

2.4 養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24小時(shí)達(dá)到固化，且應(yīng)保證固化期間不受干擾；在每道工序以后樹(shù)脂硬化之前，宜用塑料薄膜遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲；在樹(shù)脂硬化期間保證養(yǎng)護(hù)溫度不低于環(huán)氧樹(shù)脂的允許使用溫度。當(dāng)存在氣溫降低到5℃以下的可能時(shí)，可采用低溫固化樹(shù)脂，或采取有效的加溫措施。

2.5 表面涂裝

若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要防火時(shí)，可在樹(shù)脂固化后按業(yè)主要求涂刷耐火涂層。

對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件有外觀要求時(shí)，可在補(bǔ)強(qiáng)后的碳纖維表面涂刷基于環(huán)氧基底的涂料或噴砂抹灰后涂刷常規(guī)涂料。涂裝應(yīng)在樹(shù)脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。對(duì)新材料新工藝的涂裝，事前要做好充分研究，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)以后方可正式使用。

3 碳纖維加固技術(shù)的施工要點(diǎn)

碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)性能是否能夠達(dá)到要求的關(guān)鍵是碳纖維材料與混凝土基材的粘結(jié)性能能否保證。首先，碳纖維加固施工中基層的處理質(zhì)量至關(guān)重要，基層處理需要特別細(xì)致地進(jìn)行，確?；鶎淤|(zhì)量?；鶎邮欠袂鍧?，表面有無(wú)浮渣，表層是否平整，都將直接影響粘結(jié)質(zhì)量。在對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行打磨之前，需要消除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。有裂縫的，需對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理；被粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整，除去皮層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出新面。在轉(zhuǎn)角粘貼處還要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀。此后，還要進(jìn)行找平處理。混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，且不應(yīng)有棱角，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。

其次，粘貼碳纖維時(shí)，滾壓的密實(shí)度對(duì)枯結(jié)性能也有較大影啊。粘貼操作應(yīng)按如下步驟進(jìn)行：裁剪碳纖維布——配制浸漬樹(shù)脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位——用特制的滾筒沿纖維方向滾壓——多層粘貼重復(fù)上述步驟——最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹(shù)脂。在該過(guò)程中，應(yīng)反復(fù)多次滾壓，盡量排除氣泡，以免影響粘結(jié)質(zhì)量。

第三，環(huán)境的溫度和濕度對(duì)粘結(jié)質(zhì)量也有影響。溫度過(guò)低(小于50C)或過(guò)高(大于600C).濕度過(guò)大(大于85%)也會(huì)影響粘結(jié)質(zhì)量。當(dāng)環(huán)境溫度大于60℃時(shí)，應(yīng)采取隔熱措施加以防護(hù)；當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)停止施工，否則樹(shù)脂的固化及最終強(qiáng)度都會(huì)受到影響。

4 碳纖維加固技術(shù)的施工注意事項(xiàng)

氣溫在5℃以下、相對(duì)濕度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上、有結(jié)露的可能時(shí)，無(wú)有效措施不得施工；由于碳纖維片為電的良導(dǎo)體，剪裁及使用碳纖維片材時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源尤其是高壓電線及輸電線路；施工用各種樹(shù)脂遠(yuǎn)離明火，并避免陽(yáng)光直射；施工及檢查人員應(yīng)穿防護(hù)工作服，配戴口罩、手套、防護(hù)眼鏡等防護(hù)用品；施工現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)狀況良好；當(dāng)樹(shù)脂粘附在皮膚上時(shí)，應(yīng)立即用肥皂水沖洗，濺入眼內(nèi)用清水清洗或及時(shí)就醫(yī)。

小結(jié)

目前我國(guó)的橋梁維修加固任務(wù)并不是很繁重，一旦橋梁養(yǎng)護(hù)加固的高峰到來(lái)時(shí)，以目前的維修加固技術(shù)和技術(shù)工程力量將是難以應(yīng)付的。而且我國(guó)新建橋梁技術(shù)發(fā)展較快，但橋梁養(yǎng)護(hù)維修加固技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)橋梁的養(yǎng)護(hù)維修、加固及技術(shù)改造的研究及其工程應(yīng)用有其重要意義。

隨著橋梁加固技術(shù)的不斷進(jìn)步，碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在理論設(shè)計(jì)和施工等方面也得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展；碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)也成為目前研究的熱點(diǎn)。廣大學(xué)者和橋梁工作者進(jìn)行了大量的研究，取得不少成果。但在碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的施工工藝方面仍然存在不少需要解決的問(wèn)題需要解決。

參考文獻(xiàn)

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