淺談碳纖維布在橋梁加固中的應用

劉俊民

（唐山市交通勘察設計院有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

隨著國家經(jīng)濟、科技的不斷發(fā)展，橋梁加固技術越來越受關注。橋梁結構加固技術主要有：增大構件截面加固法；增加輔助構件，如增加混凝土構件、增加體外預應力等；粘貼補強材料，如粘貼鋼板、粘貼碳纖維布等。本文只詳述粘貼碳纖維布的加固方法。粘貼碳纖維布加固混凝土結構技術是一項新型、簡便、有效的混凝土橋梁加固技術。該技術充分應用了碳纖維增強復合材料所特有的高比強度、高比模量、耐腐蝕、抗疲勞及施工簡便等許多優(yōu)點，為混凝土橋梁加固技術注入了新的活力。本文結合唐山市唐港高速橋梁碳纖維布加固技術的實踐，詳細闡述碳纖維布技術的工藝、工序及施工注意事項。

1 材料特點及適用條件

碳纖維布可用于抗彎、抗剪、抗壓(偏心受壓)及抗震等多種形式的加固[1]。該方法適用于混凝土梁式橋、板式橋的抗彎和抗剪加固。對于配筋率較低或鋼筋銹蝕嚴重的舊橋，加固效果尤為顯著；還適用于混凝土墩柱的抗剪、抗壓補強，抗震延性補強以及地震破壞后的修復等。

使用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：

（1）強度高，抗拉強度約為普通鋼材的10～15倍。

（2）加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性。

（3）自重輕，該工程碳布約300 g/m2，基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣。

（4）施工簡便，不需大型施工機械及周轉(zhuǎn)材料，易于操作，經(jīng)濟性好；

（5）施工工期短，該工程實例僅用7 d。

2 唐港高速橋梁加固工程概況

唐港高速K4+863.7小橋，跨徑為1～13 m，上部結構為預制鋼筋混凝土空心板，下部結構為薄壁臺接樁基，右偏交角80°，雙幅橋，半幅橋?qū)?4.5 m，兩幅橋中間分隔帶寬度為1 m，橋面鋪裝為9 cm瀝青混凝土+10 cm水泥混凝土，橋梁設計荷載為汽車—超20級、掛車—120。上部梁板出現(xiàn)的病害為：多數(shù)板底跨中及1/4處出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫并有滲水現(xiàn)象，最大裂縫寬度達0.4 mm。

3 粘貼碳纖維布施工技術

3.1 一般要求

（1）粘貼碳纖維布加固修復混凝土結構應由熟悉施工工藝的專業(yè)施工隊伍完成，并精心組織，精心施工。

（2）在表面處理和粘貼碳纖維板前，應按加固設計部位放線定位。

3.2 材料要求

（1）碳纖維布的主要性能指標應滿足：抗拉強度最小值大于3 000MPa；彈性模量大于2.0×105MPa；延伸率大于1.7%。

（2）底層樹脂的正拉粘結強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（3）找平材料的正拉粘結強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（4）浸漬樹脂和粘結樹脂性能指標應滿足以下要求：抗拉剪切強度不小于10 MPa，拉伸強度不小于30 MPa，彎曲強度不小于40 MPa；正拉粘接強度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉強度的1.2倍。

（5）表面防護材料應與浸漬樹脂具有可靠的粘結強度及良好的變形性能。

3.3 施工步驟[2]

3.3.1 基底表面處理

清除板底表面剝落、疏松、腐蝕等劣化混凝土，混凝土表面用角磨機打磨平整，直至露出混凝土結構層。構件面蜂窩、麻面、凹凸部位用修補結構膠填平，修補膠固化后（以手指觸感干燥為宜，約5 h）進行下一道工序。

3.3.2 涂底層膠

按粘貼面積計算好用量，準確稱取甲、乙組份，按甲∶乙=3∶1的混合比例，在一潔凈容器（塑料或金屬盆，不得有油污、水、雜質(zhì)）中均勻攪拌，攪拌時最好沿同一方向攪拌,盡量避免混入空氣形成氣泡。用硬毛刷將配好的底膠均勻地涂刷到粘貼面，膠量必須充足飽滿。

3.3.3 粘貼碳纖維布

按設計要求尺寸剪裁碳布，注意整齊劃一，避免毛刺。宜在平整的木板、紙板、塑料布上裁剪，以保持纖維布的潔凈。碳布粘貼前應先配制完成面膠，然后將配制好的面膠均勻涂抹于構件粘貼部位和碳布上 (75%的面膠涂抹在碳布的粘貼面，當粘貼后，剩余的25%面膠涂抹于碳布外表面)，拐角部位適當多涂抹一些。用專用滾筒順纖維方向多次滾壓，促使碳布平整延展，粘貼劑充分滲透，滾壓時不得損傷纖維布。在碳布表面涂刷部分粘貼劑，繼續(xù)往復刮涂碾壓，趕出氣泡，并使粘貼劑均勻覆蓋碳布。注意碳纖維片縱向接頭，必須搭接10cm以上。第一層碳布表面面膠指觸干燥后，立即進行第二層碳布粘貼，重復上述步驟。注意第二層粘貼時，縱向搭接不能與第一層在一個部位，層間必須錯開至少50 cm。

3.3.4 表面防護

粘貼48 h后，刷20 mm厚水泥砂保護，涂刷要均勻，無流漿、滴淚現(xiàn)象。

3.4 檢驗與驗收

（1）在開始施工前應確認碳布及配套粘貼膠的產(chǎn)品合格證、出廠檢驗報告。

（2）碳布與混凝土之間的粘貼質(zhì)量可用小錘輕擊或手壓粘貼面判斷粘貼效果，總有效粘結面積不應小于95%。如出現(xiàn)輕微空鼓，空鼓面積小于100 cm2，可采取針管注膠的方法進行補救；若空鼓面積大于100 cm2，宜將空鼓處的碳布切除，重新搭接貼上等量的碳布，搭接長度不小于100 mm。

4 粘貼碳纖維布加固施工注意事項

（1）碳纖維布為導電材料，使用碳纖維布時應盡量遠離電器設備及電源；

（2）碳纖維布配套樹脂的原料應密封儲存，遠離火源，避免陽光直接照射；

（3）樹脂的配置和使用場所，應保持通風良好；

（4）現(xiàn)場施工人員應根據(jù)使用樹脂材料采取相應的勞動保護措施；

（5）施工宜在5℃以上環(huán)境溫度條件下進行，并應符合配套樹脂的施工使用溫度。當環(huán)境溫度低于5℃時，應使用適用于低溫的配套樹脂或采用升溫處理措施。

（6）在表面處理和粘貼碳纖維布前，應按加固設計部位放線定位。

5 經(jīng)驗總結

（1）該工程全橋共7塊預制板采用了碳布加固，粘貼碳布用時7 d。實踐證明粘貼碳布施工工序簡單，可用小型電動工具操作，工種少、用工少、工期短、進度快,大大縮短了施工斷交的時間，具有較大的經(jīng)濟效益和社會效益。

（2）此橋梁屬于跨路橋，粘貼碳布時采用的是鋼管支架，因此在施工時應做好行車及行人的安全工作，確保施工安全和質(zhì)量。

（3）碳布在使用過程中易產(chǎn)生線屑、毛羽,若附著皮膚會產(chǎn)生刺激而瘙癢,若吸入會造成喉嚨、氣管、肺的傷害，所以施工時最好著工作服、手套、口罩、護目鏡等。施工完畢用肥皂水將外漏部位清洗干凈。

[1]張勁泉，王文濤.橋梁檢測與加固手冊[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]諶潤水，胡釗芳，帥長斌.公路舊橋加固技術與實例[M].北京：人民交通出版社，2002.