淺談梁橋粘貼碳纖維加固法

李 珂

（商丘市公路管理局，河南 商丘 476000）

碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構件和節(jié)點的加固補強以提高構件的抗彎承載力，抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力，提高構件的剛度以及延性等。此外可用于控制混凝土構件裂縫寬度的發(fā)展。碳纖維片材（特別是碳纖維布）質量輕且厚度薄，具有一定柔度，可在混凝土橋的某些部位靈活粘貼加固，在梁橋加固施工中應用廣泛。

1 施工材料

粘貼碳纖維加固法施工材料有以下幾種：

1.1 碳纖維復合材料

加固混凝土構件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經編織而制成的柔軟片材。碳纖維布在編織時，將大量的碳纖維長絲沿一個主方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的抗拉強度一般應達3550MPa，彈性模量為2.35105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質不同，其厚度在 0.11～0.43mm，幅寬在 20～100cm，卷材長度為 50～100m。

1.2 粘結材料

粘結材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。粘結材料應有足夠的剛度與強度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時應有足夠的韌性以避免因混凝土開裂導致脆性粘結破壞。粘結材料還應能在一般氣候條件下固化，且固化時間合適（一般保證有3小時左右），對組分含量不敏感，具有適宜的流動性和粘度，固化收縮率小。粘結材料主要包括底涂膠、找平膠、浸漬樹脂和罩面膠（見圖1）等四種。

圖1 粘貼碳纖維布的各層材料示意

（1）底涂膠：在處理好的混凝土表面上，涂一層很薄的底涂膠，既可以浸入混凝土表面，強化混凝土表面強度，又可以改進膠接性能，使混凝土與碳纖維布能夠更好的粘接。底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結性能，以便涂刷后，膠粘劑能滲入混凝土結構中。（為保證性能，應盡量避免使用溶劑型膠）

（2）找平膠：加固補強處的混凝土表面有銳利突起物、錯位和轉角部位等都可能降低碳纖維布補強效果。若經過基底處理仍未徹底清除，應在涂敷底層涂料指觸干燥后，用找平膠進行找平。找平膠應具有優(yōu)良的力學性能，以及良好的施工性能與觸變性能。找平膠應易于施工操作，且不隨時間的延長出現(xiàn)明顯的變形。

（3）浸漬樹脂（粘貼主膠：連接著底膠與碳纖維布，在粘結材料中起著至關重要的作用。浸漬樹脂應具有一定的粘度，防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙；浸漬樹脂應具有良好的觸變性，易于施工且不會發(fā)生明顯的滴淌現(xiàn)象；浸漬樹脂應具有良好的滲透性與相容性，以利于浸透碳纖維布，形成復合性整體，共同抵抗外力作用。

（4）防護涂裝（罩面膠）：保證施工表面的美觀和碳纖維布的完好無損。所選材料應能涂敷在碳纖維布表面，并不脫層，不掉落，能長期在冷熱干濕的空氣中穩(wěn)定，防止復合材料被紫外線直接照射。

2 施工要求

粘貼碳纖維施工的具體要求有：

2.1 被加固構件的基面應平整且具有一定強度（一般基面混凝土強度不低于C15）。

2.2 加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接（特別是對受拉構件和受彎構件受拉區(qū)的加固）；搭接部位應避開構件應力最大區(qū)段，搭接長度不應小于100mm，且搭接端部應平整無翹曲；多層搭接的各層接口位置不應在同一截面，每層接口位置的凈距宜大于200mm。

2.3 應注意底涂膠、找平膠、粘貼主膠、罩面膠等膠粘劑間的相容性。

2.4 粘貼施工應在氣溫高于5℃且為晴天時進行。

2.5 施工人員應穿工作服，戴防護口罩和手套；施工現(xiàn)場應保護良好的通風。

3 施工要點

粘貼碳纖維加固法具體施工工藝有以下幾個方面：

3.1 施工前的準備：熟悉施工現(xiàn)場和被加固構件混凝土的實際情況，擬出施工大綱；提前準備好所需的纖維布、配套樹脂、機具等工作。

3.2 混凝土表面的處理：用砂輪機清除和打磨混凝土表面的劣化層，鑿除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等部分混凝土，并用修復材料將表面修復平整；在裂縫部分注入環(huán)氧樹脂漿進行修補；基面的錯位與凸出部分要磨平（可在錨固加強區(qū)每隔5cm刻痕一道，以加強粘貼效果），轉角部位要進行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于2cm；清除工作面的灰塵并保持干燥。

3.3 清洗基面：用鋼絲刷刷去表面松散浮渣，再用壓縮空氣除去粉塵；用丙酮或無水酒精擦拭表面，也可用清水沖洗，保證其充分干燥。

3.4 配制底層樹脂并涂刷：按比例準確配制好底膠并攪拌均勻，注意一次調和量在規(guī)定時間內用完（超過時間的絕不可使用，以確保粘接質量；用毛刷或特制將底層樹脂均勻地涂抹在基面上，注意直橫均勻涂抹，自然風干（冬季施工時膠的粘度較高，不能涂得太厚）；底膠硬化后，若表面有凸起部分，應用砂紙或磨光機打光；待底膠指觸干燥后再進行下一道工序。

3.5 配制找平材料并整平：用找平膠填補粘貼面上的凹陷部位，消除棱角；用找平材料將轉角處修復為光滑的圓弧；待找平膠指觸干燥后再進行下一道工序。

3.6 配制粘結樹脂

3.7 粘貼碳纖維布（碳纖維片）：待粘貼面上劃出各層位置；按設計尺寸裁剪碳纖維布，根據(jù)現(xiàn)場施工經驗和作業(yè)空間確定下料長度，若需接長時，接頭的長度一般不小于15cm；裁剪好的纖維布必須呈卷狀妥善擺放，不得展開平鋪放置；配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位；粘貼碳纖維布時，應依設計位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼，用一次性軟毛刷或特制滾筒沿纖維方向多次涂刷，擠去氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透纖維布，涂刷時不得損傷纖維布；多層粘貼重復上述步驟，待纖維表面指觸干燥時即進行下一層的粘貼；即時觀察貼片是否粘貼密實，若發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡，應及時處理。

3.8 罩面防護處理：粘貼完碳纖維布后，即時在最后一層的碳纖維布表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂，并使其自然風干；確保貼片表面已充分風干結合后，在其表面涂抹罩面膠或采取其它措施處理，以保證防護材料與原有纖維布之間有可靠的粘結及其各層膠的耐久性。

4 優(yōu)缺點

與傳統(tǒng)的加固方法相比，采用碳纖維布加固橋梁能最小程度的改變原有結構的應力分布，保證在設計荷載范圍內與原結構共同受力。

碳纖維布的自重僅為200－300g/m2，設計厚度為0.111～0.167mm，幾乎不增加結構自重和截面尺寸，幾乎不改變橋下的凈空高度，而且碳纖維布可以在一個部位重疊粘貼，充分滿足補強的要求，這一點比傳統(tǒng)加固方式更加優(yōu)越。粘貼碳纖維加固法具有良好的適應性，可適應不同構件形狀，成型很方便，如對斜、彎、坡及異型結構的補強，碳纖維布因隨型性極強，可以隨結構外形變化任意施工，降低了施工難度，縮短了施工工期；又如當箱梁內部加固作業(yè)因空間受到限制，無法安置大型設備、模板、夾具或支撐等，使用該法，施工起來簡單易行。加固時不必對原結構打孔和埋設錨固螺栓，因而對原結構不會造成新的損傷。粘貼碳纖維加固法具有良好的耐腐蝕性，壽命較長，可以在不利環(huán)境下使用，并便于養(yǎng)護。碳纖維會影響到受彎構件的破壞形態(tài)及其延性。

就目前來看，碳纖維材料價格偏高，加固時應進行經濟技術比較；另外，粘貼碳纖維加固法對施工工藝要求很高，非專業(yè)施工單位難以承擔。

5 結語

綜上所述，粘貼碳纖維加固法是利用粘結劑將碳纖維增強復合材料（CFRP）粘貼在混凝土構件表面，當結構荷載增加時，碳纖維布因與混凝土協(xié)調變形而共同受力，從而提高了混凝土構件的承載能力與剛度，對橋梁起到了加固作用。該加固法采用了新材料、使用了新工藝，且粘貼效果良好，必將更廣泛地應用于橋梁結構的加固之中。

[1]王俊嶺.粘貼碳纖維加固法在工程中的應用[J].山西建筑,2004,(20)

[2]趙彤，謝劍,馬術嶺,羅振彪.碳纖維布補強加固鋼筋混凝土板的研究與工程應用[J].水利水電技術,2002,(05).