碳纖維加固橋梁技術(shù)實(shí)用研究分析

李增輝

(山西交通控股集團(tuán)有限公司呂梁南高速公路分公司，山西 汾陽 032200)

橋梁經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，難免出現(xiàn)一些病害，雖然病害在早期不會(huì)造成太大影響和危害，但隨著病害的不斷發(fā)展，可能會(huì)威脅到橋梁通行安全。對(duì)此，應(yīng)及時(shí)采取有效的技術(shù)對(duì)橋梁進(jìn)行加固。在諸多橋梁加固技術(shù)中，目前以碳纖維加固比較常用，且效果也較為顯著，解決了橋梁加固這一難題。

1 碳纖維加固橋梁基本原理

采用碳纖維對(duì)橋梁進(jìn)行加固的基本原理為利用環(huán)氧樹脂對(duì)碳纖維進(jìn)行預(yù)浸，使其成為一種全新的復(fù)合式增強(qiáng)加固材料；然后再次利用環(huán)氧樹脂將碳纖維粘貼于待加固部位，形成鋼筋、混凝土與碳纖維的復(fù)合體，促使碳纖維和結(jié)構(gòu)一同受力，提高結(jié)構(gòu)自身抗剪或者是抗裂的能力，使結(jié)構(gòu)自身抗裂性、強(qiáng)度與剛度均滿足要求。采用碳纖維進(jìn)行加固的方法可使用在多種結(jié)構(gòu)，既能起到防裂的作用，還能實(shí)現(xiàn)防腐與防震。

2 橋梁碳纖維加固法應(yīng)用

2.1 工程概況

某橋梁經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的使用，其梁板產(chǎn)生了不同程度的損壞，為保證橋梁運(yùn)行安全，避免病害進(jìn)一步擴(kuò)大和嚴(yán)重，決定采用碳纖維加固法進(jìn)行處理?，F(xiàn)圍繞本工程實(shí)際情況，對(duì)其碳纖維加固法具體應(yīng)用作如下深入分析。

2.2 膠粘劑配制

(1)把不同類型的原材料按照設(shè)計(jì)確定的配合比進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，然后對(duì)膠料進(jìn)行配制，包括粘結(jié)、底涂與整平。首先，在聚合物主料當(dāng)中添加適量稀釋劑，將其攪拌均勻后，添加填料，不斷攪拌，直到到達(dá)均勻，最后添加適量的固化劑，將其攪拌充分以后及時(shí)使用。要注意的是，膠料攪拌好后應(yīng)及時(shí)使用完成，不可長(zhǎng)時(shí)間放置，否則會(huì)發(fā)生固化，影響正常使用。

(2)在膠料配制的過程中，應(yīng)注意下列事項(xiàng)：對(duì)于底涂膠料，單次配制的重量應(yīng)控制在1～2 kg范圍內(nèi)；對(duì)于整平膠料，單次配制的重量應(yīng)控制在0.5～1.0 kg范圍內(nèi)；對(duì)于粘結(jié)膠料，其單次配制的重量應(yīng)控制在1～2 kg范圍內(nèi)。

(3)待所有膠料均配制完成后，應(yīng)在1 h的時(shí)間之內(nèi)將其使用完畢，否則應(yīng)視作廢膠處理，不可在施工中使用。

2.3 基底處理

(1)如果在混凝土的表面存在腐蝕、剝落與蜂窩，應(yīng)將其清除干凈，若劣質(zhì)層的面積很大，則要在剔除以后使用水泥砂漿來修復(fù)。

(2)如果待加固部位存在裂縫，則應(yīng)在粘貼之前做好封閉處理。

(3)利用砂輪及角磨機(jī)對(duì)混凝土的表面進(jìn)行打磨，以清除掉油污和浮漿，另外構(gòu)件基面也要進(jìn)行打磨，使其保持平整，特別是表面上向外凸出的部位，必須在施工前將其抹平，同時(shí)轉(zhuǎn)角部位也要實(shí)施倒角處理，同時(shí)通過打磨形成一個(gè)圓弧狀。

(4)利用吹風(fēng)機(jī)對(duì)混凝土表面進(jìn)行清理，使其達(dá)到潔凈與干燥。若表面存在凹陷，則要在施工前使用聚合物砂漿及時(shí)修補(bǔ)。

2.4 涂抹底膠

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的比例對(duì)主劑和固化劑進(jìn)行混合，放到容器當(dāng)中，然后利用攪拌器對(duì)兩者進(jìn)行攪拌，使其達(dá)到均勻，其用量以現(xiàn)場(chǎng)的氣溫情況為依據(jù)確定，同時(shí)要對(duì)使用時(shí)間予以嚴(yán)格控制。

(2)利用毛刷或者是滾筒刷對(duì)混合攪拌均勻的膠液進(jìn)行涂抹，涂層的厚度要控制在0.4 mm以內(nèi)，同時(shí)不能存在氣泡與流淌，待膠液完全固化以后(具體的固化時(shí)間同樣以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫為依據(jù)確定，當(dāng)用手指觸摸后感覺到干燥時(shí)，即為完全固化，通常情況下需要2 h以上的時(shí)間)，開始下一道工序的施工。

2.5 找平

(1)找平使用之前配制好的整平膠料進(jìn)行。當(dāng)混凝土的表面存在凹陷時(shí)，應(yīng)在施工之前使用刮刀將整平膠料整平，將凹陷完全填平，在模板接頭等高度差相對(duì)較大的部位，也應(yīng)使用整平膠料進(jìn)行填補(bǔ)與整平，以此盡可能減少高差，保證施工質(zhì)量與加固的效果。

(2)對(duì)于轉(zhuǎn)角處的處理，可使用專門的整平膠料對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)，以此形成一個(gè)光滑且平整的圓弧，這一圓弧的半徑應(yīng)達(dá)到10 mm以上。

(3)待整平膠料完全固化以后，即可對(duì)下一道工序進(jìn)行施工。具體的固化時(shí)間同樣以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫為依據(jù)確定，當(dāng)用手指觸摸后感覺到干燥時(shí)，即為完全固化，通常情況下需要2 h以上的時(shí)間。

2.6 粘貼

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)提出的要求對(duì)碳纖維布進(jìn)行裁剪，除了有特殊要求時(shí)，其長(zhǎng)度不能超過3 m。如果超過3 m，可能會(huì)對(duì)碳纖維布的粘貼造成影響，增加粘貼的難度。

(2)對(duì)粘貼膠料進(jìn)行配制與攪拌，待膠料混合均勻后，用滾筒或者是刷子將其均勻涂抹在待加固部位的表面，此時(shí)要注意拐角與搭接處應(yīng)適當(dāng)增加涂抹量，以保證粘貼的可靠性與牢固性。

(3)使用專門加工制作的光滑滾子在粘貼好的碳纖維布上沿著相同的方向進(jìn)行反復(fù)滾壓，直到多余的膠料從外邊緣流出，將氣泡清除干凈，確保碳纖維布與膠料之間充分侵潤(rùn)。在多層粘貼的過程中，應(yīng)對(duì)上述步驟進(jìn)行重復(fù)，待手指觸摸后感覺干燥以后，對(duì)下一層實(shí)施粘貼。

(4)完成對(duì)最外一層的粘貼后，需要在其表面繼續(xù)涂抹一層膠料。

2.7 養(yǎng)護(hù)

(1)將碳纖維布粘貼牢固之后，應(yīng)在自然條件下持續(xù)養(yǎng)護(hù)24 h，使其初始固化，同時(shí)在固化的過程中應(yīng)避免受到干擾。

(2)在各道施工工序完成后，且樹脂完全固化以前，應(yīng)使用塑料膜對(duì)其進(jìn)行覆蓋，以此避免受到雨水和風(fēng)沙等的侵蝕。

(3)養(yǎng)護(hù)是使碳纖維布達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為保證強(qiáng)度，需要有足夠的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，但具體的養(yǎng)護(hù)時(shí)間會(huì)因?yàn)闅鉁氐牟煌煌?，?dāng)氣溫較低時(shí)，應(yīng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，相反，當(dāng)氣溫較高時(shí)，可縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間。當(dāng)平均氣溫小于10 ℃時(shí)，應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護(hù)14 d；當(dāng)平均氣溫為10 ℃～20 ℃時(shí)，應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護(hù)7～14 d；當(dāng)平均氣溫超過20 ℃時(shí)，應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護(hù)7 d。實(shí)際的養(yǎng)護(hù)過程中，應(yīng)注意避免碳纖維布受到磨損與沖擊。

3 橋梁碳纖維加固法優(yōu)勢(shì)

(1)由于碳纖維布能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，且具備良好力學(xué)性能，所以它不僅可以在橋梁工程中使用，還能用于其它建筑工程，如建筑、隧道和地鐵等。

(2)從以上對(duì)施工方法的分析可以看出，碳纖維加固法施工中所用工器具十分簡(jiǎn)單，并且易于攜帶，可以高效且安全的實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的加固處理。

(3)碳纖維布本身是一個(gè)片材，重量很強(qiáng)，但強(qiáng)度極高，粘貼在構(gòu)件表面后，既不會(huì)增加構(gòu)件自重，也不會(huì)占用任何空間，克服了其它加固方法的弊端。

(4)施工質(zhì)量易于控制，其施工工藝簡(jiǎn)單方便，容易操作，施工質(zhì)量易于控制，可以達(dá)到很高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

(5)通過實(shí)踐可以看出，碳纖維布自身具有很強(qiáng)的耐久性，將其粘貼到構(gòu)件的表面后，也能提高碳纖維布和構(gòu)件整體耐久性，不論是日曬還是風(fēng)雨侵蝕，都不會(huì)顯著減弱碳纖維布的性能。

(6)目前碳纖維布的價(jià)格還相對(duì)較高，但其它方面具備很明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)加固過程所需人力較少，所以綜合來看其成本依然具有一定優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：碳纖維布用用量不大，在加固后不會(huì)使構(gòu)件的體積與質(zhì)量變大；片材具有一定柔韌性，可以在很多類型的構(gòu)件表面使用；施工方便，周期相對(duì)較短。

4 結(jié)束語

綜上所述，碳纖維布加固法是指在需要進(jìn)行加固的構(gòu)件表面粘貼一層或多層碳纖維布，以此增強(qiáng)構(gòu)件的性能，避免病害進(jìn)一步發(fā)展和擴(kuò)大。這項(xiàng)橋梁加固技術(shù)不僅適用面廣、施工簡(jiǎn)單、重量輕，而且質(zhì)量易控制、成本合格，表現(xiàn)出良好的使用與推廣前景。但為了保證加固效果，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的加固目標(biāo)，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求進(jìn)行施工，做好施工控制。