粘貼碳纖維在橋梁裂縫修補中的運用

朱登霞

摘要：粘貼碳纖維對提高橋梁承載力具有很強的作用，本文對碳纖維本身優(yōu)缺點和在加固中的工作機理進行了全面論述，并結(jié)合具體工程實踐對粘貼碳纖維加固橋梁的具體施工工藝作了詳細介紹，為工程技術(shù)人員提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：碳纖維；橋梁；裂縫

1 前言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)步伐的加快，高速公路建設(shè)得到飛速的發(fā)展，與此同時，公路橋梁開裂的情況日益增多，目前裂縫修補主要方法是壓力注膠法，但由于以往裂縫注膠修補后，由于混凝土繼續(xù)的收縮變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重新開裂，經(jīng)考慮對裂縫進行壓力灌漿之后通過在混凝土表面粘貼具有一定預(yù)拉力的碳纖維布，以在裂縫周邊施加強壓應(yīng)力，保證混凝土不再開裂；本文通過某橋梁裂縫處理，全面介紹REINJECTOR注膠法及碳纖維加固在裂縫處理中的綜合應(yīng)用。

2 碳纖維特性

碳纖維具有高比強度、高比模量，耐疲勞和耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能，在橋梁工程中應(yīng)用廣泛，具有以下優(yōu)點：

碳纖維布的自重僅為200-300g／m2，設(shè)計厚度為0.1l1-0.16mm，加上環(huán)氧樹脂系列的粘結(jié)材料的自重也很輕，對整個結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空的影響微乎其微，因此，與其他加固方法相比，采用碳纖維布加固法不增加恒載和斷面尺寸，不影響結(jié)構(gòu)外觀，不減小橋下凈空。

該法施工簡便，工期短，無需大型設(shè)備，不受空間限制，可以不中斷橋面交通，且因碳纖維布的隨型性極強的特點，可以適應(yīng)不同構(gòu)件的各種形狀，成型方便。

加固時碳纖維布通過環(huán)氧樹脂等粘結(jié)材料與原有構(gòu)件有效粘結(jié)，不需設(shè)置錨栓及鑿開混凝土等，不會損傷原構(gòu)件。

由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能，在對混凝土結(jié)構(gòu)加固補強過程中可充分利用其高強度，高模量的特點來提高構(gòu)件的承載力，改善其受力性能，達到高效加固的目的。

碳纖維布粘貼在混凝土表面，能有效封閉混凝土表面的裂縫，并能約束混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的生成與擴展。

碳纖維材料幾乎無腐蝕性和磁性，并具有較好的耐熱性，且其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不會與酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，具有良好的耐久性。

有良好的抗震性，它改善了原構(gòu)件的裂縫形態(tài)，延緩和減輕了震動造成的破壞；

3 粘貼碳纖維法加固原理

將抗拉性能良好的碳纖維布加固受拉區(qū)，可與原結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋共同承受拉力，以提高舊橋承載力；

沿橋梁的主拉應(yīng)力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布，兩端分別設(shè)置錨固端，可約束混凝土表面裂縫、防止混凝土裂縫進一步擴展，從而達到提高構(gòu)件抗彎剛度，減小構(gòu)件撓度、改善梁體受力的目的；

碳纖維布加固混凝土構(gòu)件，在提高其受彎承載力的同時還可能影響受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)。當(dāng)碳纖維布用量過多時，構(gòu)件的破壞形態(tài)將由碳纖維被拉斷引起的破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榛炷帘煌蝗粔核槠茐摹Ｅc此同時。由于碳纖維為完全彈性的材料，它與鋼筋的共同作用會減弱鋼筋塑性性能對構(gòu)件延性的影響。碳纖維布用的過多，構(gòu)件的延性將有所降低。

碳纖維和混凝土具有相近的溫度線膨脹系數(shù)，不會由于溫度變化產(chǎn)生較大的溫度內(nèi)應(yīng)力而破壞兩者之間的粘結(jié)。

4 工程實踐

工程簡介：某高速公路K257+800橋梁，在近期發(fā)現(xiàn)第二孔梁下出現(xiàn)裂縫。該橋為主線下穿式立交橋，上構(gòu)為10+2×16+IOm鋼筋砼連續(xù)梁，橋墩為鋼筋砼薄壁墩，明挖擴大基礎(chǔ)；橋臺為U型重力式橋臺，明挖擴大基礎(chǔ)。橋面凈寬4.5m，設(shè)計荷載為汽車-20級，掛車一100。

工程地質(zhì)：該橋地質(zhì)概況：0～11米為褐黃色硬塑粘土，以下為全風(fēng)化白云巖、強風(fēng)化白云巖、弱風(fēng)化白云巖?；A(chǔ)置于粘土中。設(shè)計要求地基承載力不小于230kpa，實測分別為：0#：301.6kpa；1#；2130.8kpa；2#；303.2kpa；3#；273.6kpa；4#；316.0kpa。

裂縫原因：2003年6月21日上午，建設(shè)、設(shè)計、監(jiān)理、施工等單位對裂縫進行了分析討論，認為該橋拆除鋼管腳手架從第二孔開始，然后拆除其它孔徑鋼管腳手架，以致于由于橋梁體系轉(zhuǎn)換，造成第二孔橋梁底板出現(xiàn)裂縫。

裂縫處理: 采用裂縫注入補強加固法，利用灌注器提供恒定低壓以克服毛細現(xiàn)象，將專門適配的AB灌縫樹脂注入裂縫中，使裂縫處混凝土斷面粘合在一起，恢復(fù)其整體性并改善裂縫處的受載能力，同時封堵裂縫，使膠粘劑與混凝土保護層形成一個整體，以恢復(fù)其對鋼筋的保護功能，避免接觸腐蝕性介質(zhì)而造成鋼筋生銹。根據(jù)以往的經(jīng)驗，現(xiàn)場共14條裂縫中有13條可以灌注; 對細小裂縫，由于無法確保充分注入，應(yīng)在縫口反復(fù)涂刷粘接劑以封閉。

裂縫注入的工藝流程：裂縫調(diào)查→裂縫觀測→確定注入器的安設(shè)分布方案→清理裂縫→安裝注入器底座→封閉裂縫→配制注入材料→自動注入→確認注滿→拆除注入器及底座→修整裂縫口→進入后序工程

a.表層處理：清除裂縫表面的灰塵，油污。

b.確定注入口：一般按20～30cm的距離設(shè)、注入口，注入口的位置應(yīng)盡量在裂縫較寬、開口較通暢的部位。

c.封閉裂縫：沿裂縫處認真釘設(shè)2-3Cm寬的臨時封閉膠，并安裝注膠底座。

d.安設(shè)自動壓力灌漿器并注漿，注漿時間為5分鐘左右，注滿時一般封縫膠旁邊有潮濕現(xiàn)象，那是注滿后有少許漿滲出的緣故。

e.樹脂固化后敲掉底座及堵頭，清除表面封縫膠。

碳纖維工程施工：

a.橋梁底板砼表面用砂輪或砂布打磨干凈，除去表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。

b.均勻涂刷底層樹脂CFP(其作用是滲透至混凝土內(nèi)部以提高混凝土和碳纖維之間的黏結(jié))。

c.用整平材料CFE修復(fù)，填補箱梁基面上不平整及缺陷部位。

d.涂刷粘結(jié)樹脂CFR，隨后開始粘貼30型高強度碳釬維布。

e.在粘貼完碳纖維布后再涂刷一層CFR樹脂。

f.粘貼碳纖維片后需要自然養(yǎng)護24小時達到初期固化，固化期間應(yīng)保持不受干擾，達到設(shè)計強度所需要的自然養(yǎng)護周期為一周左右，此期間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。

g.加固養(yǎng)護完成后，在加固碳纖維布上涂上與混凝土顏色一致的涂料

5 結(jié)語

工程實踐證明，REINJECTOR壓力注膠配以粘貼碳纖維布綜合加固處理裂縫，施工便利，效果顯著，值得同類工程借鑒。