支脈溝橋上粘貼碳纖維布的施工工藝探討

曲向陽(yáng)

山東省東營(yíng)市公路管理局東營(yíng)分局，山東省東營(yíng)市 257091

支脈溝橋上粘貼碳纖維布的施工工藝探討

曲向陽(yáng)

山東省東營(yíng)市公路管理局東營(yíng)分局，山東省東營(yíng)市 257091

采用碳纖維布進(jìn)行橋梁加固混凝土結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)日漸關(guān)注和發(fā)展的加固應(yīng)用技術(shù),本文針對(duì)山東省廣饒縣支脈溝橋的加固闡述了采用粘貼碳纖維布在T型梁底部進(jìn)行橋梁加固的作用機(jī)理和施工工藝。

碳纖維布；施工工藝

支脈河橋位于山東省廣饒縣境內(nèi)，橋長(zhǎng)140米，橋跨結(jié)構(gòu)為7*20m，上部結(jié)構(gòu)為T型梁。該橋自上世紀(jì)八十年代建成以來(lái)，已運(yùn)營(yíng)20多年，近幾年來(lái)隨著車流量、車載重的不斷加大，代表車型不斷趨于重型化以及其它多種原因，T梁受剪處混凝土出現(xiàn)越來(lái)越嚴(yán)重的裂縫。為防止裂縫的發(fā)展趨勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)重，經(jīng)綜合分析，決定對(duì)該橋T梁受剪處采用粘貼碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)和改換橋面鋪裝的方法進(jìn)行加固?，F(xiàn)主要探討碳纖維布的特性和粘貼施工工藝。

1 碳纖維布的特性

1.1 碳纖維的性能特點(diǎn)

碳纖維是以聚丙烯腈或者中間相瀝青纖維為原料經(jīng)過(guò)高溫碳化制成。用于混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的碳纖維種類較多，可以按不同的分類方法進(jìn)行劃分。按形狀分類，可分為：片材(包括布狀和板狀)；棒材；型材；短纖維。按力學(xué)性能可以分為：高模量纖維；高強(qiáng)度纖維和中等彈性模量纖維。

在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)過(guò)程中，碳纖維中的布狀材料和棒材都運(yùn)用較多。碳纖維布的基本力學(xué)性能可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，目前有許多檢測(cè)方法，尚未形成統(tǒng)一的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。但總的講來(lái)，碳纖維布和碳纖維棒材有較高的拉伸強(qiáng)度，一般大于1800MPa；彈性模量較大，一般略大于鋼材的彈性模量，大于220GPa，一般在300GPa～640GPa之間。延伸率較小，不大于2%。其中碳纖維棒材的強(qiáng)度稍小于碳纖維布，而彈性模量則稍大。

在結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中，需要把碳纖維布和碳纖維棒材用有一定強(qiáng)度的粘結(jié)膠粘貼到混凝土上，使其和混凝土共同工作，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。

1.2 碳纖維加固橋梁的技術(shù)特點(diǎn)

由于碳纖維材料的強(qiáng)度和彈性模量都很高，在橋梁加固中，和其它的加固技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)勢(shì)：

1.2.1 高強(qiáng)高效

由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能，在對(duì)混凝土橋梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)過(guò)程中，可以充分利用其高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)來(lái)提高橋梁或其構(gòu)件的承載力和延性，改善其受力性能，達(dá)到高效加固的目的。

1.2.2 耐腐蝕性及耐久性好

碳纖維材料的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與酸堿鹽等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因而用碳纖維材料加固的鋼筋混凝土構(gòu)件具有良好的耐腐蝕和耐久性，解決了其他加固方法所遇到的化學(xué)腐蝕問(wèn)題，特別是在腐蝕環(huán)境下進(jìn)行加固更有優(yōu)勢(shì)。

1.2.3 不增加構(gòu)件的自重及體積

碳纖維布質(zhì)量輕且厚度薄，經(jīng)加固修補(bǔ)的構(gòu)件，基本上不增加結(jié)構(gòu)的自重和尺寸，也不會(huì)減少建筑物的使用空間。這對(duì)于橋下要求通航或者有通行要求的舊橋進(jìn)行加固特別重要。

1.2.4 適用面廣

由于碳纖維布是一種柔性材料，可以任意地裁剪，所以這種加固技術(shù)可以廣泛地運(yùn)用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)形狀和結(jié)構(gòu)的各個(gè)部位，且不改變結(jié)構(gòu)形狀、不影響結(jié)構(gòu)外觀。對(duì)于橋梁的墩臺(tái)、梁板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件都能夠順利的進(jìn)行加固。

1.2.5 便于施工

將碳纖維材料用于加固混凝土橋梁，在施工時(shí)不需要大型的機(jī)械設(shè)備，占用施工場(chǎng)地少，沒(méi)有濕作業(yè)，工效極高。

用碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)有十分顯著的優(yōu)點(diǎn)，然而用碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)的造價(jià)較高，建議在補(bǔ)強(qiáng)加固橋梁時(shí)和其它的加固方法進(jìn)行綜合對(duì)比、選擇。

2 粘貼碳纖維布在支脈溝橋上的施工工藝

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

主要是做好臨時(shí)設(shè)施工程，如腳手架工程、安全設(shè)施防護(hù)等。在施工時(shí)，應(yīng)半幅封閉施工道路，并派人負(fù)責(zé)交通疏導(dǎo)。對(duì)使用的材料、配套樹(shù)脂、機(jī)具做好準(zhǔn)備工作。

2.2 基面處理

2.2.1 T型梁混凝土表面的劣化層（主要是浮漿、風(fēng)化層等）要用砂輪機(jī)進(jìn)行清除和打磨。對(duì)于構(gòu)件有剝落、起皮、腐蝕、裂縫及嚴(yán)重碳化等表面缺損，先進(jìn)行修復(fù)，并將粘貼基面打磨平整、清理干凈，且不存在尖銳楞角和浮灰粉塵，以防止碳纖維布的局部剝斷破壞和粘貼失效。

2.2.2 對(duì)于基面的錯(cuò)位與凸出部分要磨平，對(duì)于T型梁轉(zhuǎn)角部位進(jìn)行倒角處理。

2.2.3 因T型梁裂縫較多，并且部分裂縫較寬，對(duì)裂縫部分注入環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行修補(bǔ)。

2.3 基面的清洗

2.3.1 先用鋼絲刷將表面松散浮渣刷去，再用壓縮空氣機(jī)吹去粉塵，保證碳纖維布粘貼面干凈、平滑。

2.3.2 用丙酮擦試T型梁粘貼部分混凝土表面，在保證其充分干燥后進(jìn)行下一道工序的施工。

2.4 涂刷底膠

2.4.1 按設(shè)計(jì)比例準(zhǔn)確配制底膠并進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁_保攪拌均勻。因施工較繁瑣，一次調(diào)和的底膠量要在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過(guò)時(shí)間的廢棄，以確保粘接質(zhì)量。

2.4.2 用滾筒將底膠均勻地涂抹在混凝土基面上，直橫均勻涂抹，自然風(fēng)干。

2.4.3 待底膠硬化后，在表面有凸起部分時(shí)，用磨光機(jī)打磨光滑。

2.4.4 在底膠表面指觸干燥后，方可進(jìn)入下道工序。底層樹(shù)脂的作用是保證碳纖維布和混凝土構(gòu)件有足夠的粘結(jié)，以使它們共同工作；底層樹(shù)脂應(yīng)該均勻、全面，避免厚度不一和局部漏刷。

2.5 粘貼面的修補(bǔ)

2.5.1 若發(fā)現(xiàn)粘貼面上有凹入部位，用平膠進(jìn)行修補(bǔ)，保證粘貼面的平整，以確保加固的效果。

2.5.2 待找平膠表面指觸干燥后方可進(jìn)入下一道工序。

2.6 粘貼碳纖維布

2.6.1 在待粘貼面上劃出各層位置準(zhǔn)備粘貼碳纖維布。

2.6.2 根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布，因設(shè)計(jì)考慮為了方便碳纖維布的裁剪操作和考慮儲(chǔ)備，每層碳纖維布寬為250mm，粘貼兩層。現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)和作業(yè)空間確定了下料長(zhǎng)度，在需要進(jìn)行接長(zhǎng)時(shí)，接頭的長(zhǎng)度為18厘米。

2.6.3 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該進(jìn)度確定下料數(shù)量，下料數(shù)量以當(dāng)天能用完為準(zhǔn)。

2.6.4 粘貼碳纖維布時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)位置做到由上而下，由左至右有秩序地粘貼，并以滾筒壓擠貼片，使碳纖維布與浸漬樹(shù)脂充分結(jié)合，同時(shí)以壓板去除氣泡。

2.6.5 隨時(shí)觀察貼片是否粘貼密實(shí)，如果發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡，應(yīng)及時(shí)將氣泡趕出，確保粘貼質(zhì)量。

2.6.6 碳纖維布的表面處理，待樹(shù)脂固化后，根據(jù)需要在碳纖維布的外面刷一層防火漆，以減緩樹(shù)脂的老化、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的防火性。

2.7 罩面防護(hù)處理

2.7.1 粘貼完碳纖維布后，即時(shí)在其表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹(shù)脂，自然風(fēng)干。

2.7.2 確保貼片表面已充分風(fēng)干結(jié)合后，在其表面涂抹罩面膠，以保證各層膠的耐久性。

2.8 施工完畢

待浸漬樹(shù)脂完全風(fēng)干后，橋面鋪裝全部施工完畢，達(dá)到開(kāi)放交通時(shí)施工完畢，開(kāi)放交通。

[1]諶潤(rùn)水，胡釗芳，帥長(zhǎng)斌．公路舊橋加固技術(shù)與實(shí)例[M]．第1版.北京：人民交通出版社.2001；177-191.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.06.018

曲向陽(yáng)，學(xué)歷：大學(xué)，職稱：助理工程師。