粘貼碳纖維布及鋼板加固技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用

黃 龍

(湖南強(qiáng)邦土木技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

1 工程概況

H大橋位于黃河大橋的南部接線上，在1989年建成，屬于簡(jiǎn)支板梁橋，樁號(hào)為K670+720，跨徑在3～10 m之間，交角為120°，總長(zhǎng)度為34.04 m，橋面的總寬度為23.0 m，高度為3.5 m，護(hù)欄尺寸為2×0.5 m，橋體的上方采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，下方采用四柱式墩臺(tái)與鉆孔灌注樁。近年來，在橋梁質(zhì)量檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)1#與2#墩蓋梁存在安全隱患，已經(jīng)對(duì)橋體的正常使用構(gòu)成威脅，經(jīng)過安全等級(jí)評(píng)定該橋?yàn)椤拔颉?，主要病害為?#中墩蓋梁底面混凝土過于松散、保護(hù)層面腐蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)明顯的腐蝕與剝落，梁底主筋與箍筋暴露出來，且有嚴(yán)重的腐蝕痕跡；2#中墩蓋梁的側(cè)面存在起皮、剝落等情況，且混凝土不密實(shí)、箍筋裸露于外，出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕情況，針對(duì)鋼筋銹蝕情況進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)構(gòu)顯示，梁底主筋截面已經(jīng)銹蝕50%左右，箍筋界面已經(jīng)銹蝕約70%。

2 設(shè)計(jì)方案

針對(duì)橋梁中存在的上述病害，經(jīng)討論決定按照原本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用粘貼碳纖維布與鋼板的方式進(jìn)行加固處理，主要的設(shè)計(jì)方案如下：在梁底受拉區(qū)加固中，采用混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)膠對(duì)截面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以此消除梁表面的病害；對(duì)于梁底主筋銹蝕情況，將JGN-TD底膠涂抹在梁底，再利用面膠粘貼三層型號(hào)為CXC-300型的碳纖維布，達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的效果；

在梁體懸臂端加固中，由于臂長(zhǎng)較長(zhǎng)，且受拉區(qū)的主筋無法滿足當(dāng)前荷載要求，因此可利用粘鋼結(jié)構(gòu)膠，將型號(hào)為7000×300×300 mm的鋼板進(jìn)行粘貼，使其得到加固補(bǔ)強(qiáng)；在梁體橫斷面加固中，根據(jù)箍筋銹蝕情況，在梁底涂刷JGN-TD底膠后，沿著梁體的長(zhǎng)度采用碳纖維布U型箍條進(jìn)行加固，為了提高箍條的粘貼效果，還可在受拉區(qū)頂部粘貼一層CXC-300型號(hào)的碳纖維布?jí)簵l；

在鋼板植筋加固中，在設(shè)計(jì)位置利用φ12鋼筋將其加工成緊固螺栓，先用機(jī)械成孔，再用型號(hào)為JGN-Z植筋結(jié)構(gòu)膠粘牢，孔徑為16 mm，栽植的深度為150 mm。在罩面防護(hù)中，為了避免膠體因長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境下對(duì)鋼板造成侵蝕，當(dāng)碳纖維布與鋼板粘貼完畢后，應(yīng)在鋼板、碳纖維布與螺栓的外面涂抹JGN-TM面膠，經(jīng)過自然風(fēng)干后，在蓋梁表面涂抹一層厚度在20 mm左右的水泥砂漿防護(hù)層，使罩面得到有效防護(hù)。

3 施工工藝

3.1 粘貼碳纖維布

針對(duì)H大橋中蓋梁加固工程，采用粘貼碳纖維布的方式來完成。

(1)在施工前準(zhǔn)備中，應(yīng)認(rèn)真閱讀施工圖以及相關(guān)文件，按照施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬定切實(shí)可行的施工與組織方案，準(zhǔn)備好碳纖維布、機(jī)具以及膠結(jié)材料，對(duì)原材料的力學(xué)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確保其與工程需求相符合，起到最大的加固效果；

(2)在基底處理中，利用角磨機(jī)對(duì)構(gòu)件轉(zhuǎn)角基面進(jìn)行打磨，使轉(zhuǎn)角處成為半徑超過20 mm的圓弧，利用空氣壓縮機(jī)對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行修正，并將雜物清理干凈，保持干燥；

(3)在底膠配置與涂抹中，按照說明書對(duì)JGN-TD底膠進(jìn)行配比，使其數(shù)值稱量準(zhǔn)確，并攪拌均勻，底膠現(xiàn)用現(xiàn)配，每次配置量不應(yīng)超過1 000 g，在配置完畢后最好在30 min內(nèi)用完；在使用中利用毛刷將底膠均勻的涂抹在構(gòu)件表面，待其干燥后，才可開展后續(xù)工作；

(4)在面膠配置與涂抹中，按照說明書對(duì)JGN-TM面膠進(jìn)行配比，使其數(shù)值稱量準(zhǔn)確，并攪拌均勻，底膠現(xiàn)用現(xiàn)配，每次配置量不應(yīng)超過1 000 g，在配置完畢后最好在30 min內(nèi)用完；在使用中利用毛刷將面膠均勻的涂抹在裁剪完畢的碳纖維布表面，并在拐角、搭接等位置適當(dāng)多涂抹一些面膠；

(5)在碳纖維布粘貼時(shí)，將布料拉緊對(duì)齊后粘貼，順著相同的方向用刮板反復(fù)按壓，將氣泡排出，直至膠料滲出，再對(duì)面膠進(jìn)行涂刮，使面膠均勻的滲透碳纖維布；如若需要搭接，則長(zhǎng)度應(yīng)控制在200 mm以上，在多層布料同時(shí)粘貼時(shí)，不得在相同位置重復(fù)搭接，且要等到纖維布外表膠液干燥后再進(jìn)行下層粘貼；在粘貼碳纖維布U型箍時(shí)，首先在鋼板底部利用結(jié)構(gòu)膠制成斜度超過1∶2的斜坡，確保U型箍與鋼板緊緊的固定在一起，在二者相交位置，將螺栓的平墊、螺絲帽等拆除，在U型箍上開孔，將開孔套入螺栓中，使U型箍與鋼板貼緊后，再將平墊、螺絲帽按好并擰緊；

(6)對(duì)碳纖維布的粘貼程度進(jìn)行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)存在縫隙或氣泡，應(yīng)用針管將面膠注入其中，再沿著相同的方向進(jìn)行刮壓，使其粘貼得更加密實(shí)；待檢查合格后，先在纖維布的表面涂抹兩層結(jié)構(gòu)膠，再均勻的灑上小石子，石子的粒徑不超過10 mm，在自然環(huán)境下風(fēng)干；5 d后在蓋梁表面涂抹水泥砂漿，厚度在20 mm左右即可，確保罩面得到有效防護(hù)。

3.2 粘貼鋼板技術(shù)

針對(duì)H大橋中蓋梁加固工程，采用粘貼鋼板的方式來完成。

(1)做好鋼板與混凝土的表面處理工作，確保構(gòu)件表面完好，如若表面較臟，可采用硬毛刷配合高效洗滌劑，將表面油污、雜物進(jìn)行沖洗，再對(duì)粘合面進(jìn)行打磨，去除2～3 mm的表層直至露出新面，如若表面不是特別臟，可直接打磨粘合面，去除1～2 mm即可，在自然風(fēng)干后利用丙酮擦拭表面即可；如若鋼板表面存在銹跡，則利用磨光機(jī)進(jìn)行打磨，直至表面光澤，打磨紋路應(yīng)垂直度鋼板受力方向，再涂抹丙酮后，使表面恢復(fù)潔凈；

(2)植入緊固螺栓。根據(jù)設(shè)計(jì)位置，利用鉆孔機(jī)械對(duì)鋼板進(jìn)行打孔；在粘貼表面準(zhǔn)確的標(biāo)記出鋼板孔徑的位置，根據(jù)設(shè)計(jì)的孔徑與深度要求，利用沖擊鉆成孔，在完畢后利用空壓機(jī)將雜物吹凈，并確?？咨?、直徑符合標(biāo)準(zhǔn)后，臨時(shí)封閉孔口；以設(shè)計(jì)尺寸為參考，截取適當(dāng)?shù)穆菁y鋼筋，一端利用車床套絲，并配置平墊、螺絲帽等，使其成為專業(yè)的緊固螺栓，將表面的油污去除，再次清理孔內(nèi)碎屑后將GJZ-Z植筋錨固結(jié)構(gòu)膠填充其中，當(dāng)孔內(nèi)有少量膠體溢出時(shí)停止填充，植入的螺栓應(yīng)與粘合面呈垂直狀態(tài)，在植入后6h內(nèi)不可干擾，一旦出現(xiàn)較大擾動(dòng)，則需要重新植入；

(3)在配置和涂敷膠結(jié)劑時(shí)，粘鋼結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)組份，分別為甲和乙，在使用時(shí)將這兩個(gè)組分按照規(guī)定要求進(jìn)行配比融合，將其放置到干凈的容器中，沿著順時(shí)針方向攪拌，最大限度減少空氣混入產(chǎn)生氣泡，當(dāng)色澤均勻后停止攪拌，按照粘貼實(shí)際需求合理配置膠體量；在配置完畢后，將其均勻的涂抹到處理完畢的鋼板與構(gòu)件上，厚度在1～3 mm左右，膠層應(yīng)中間厚、邊緣??；

(4)在粘貼與固定鋼板時(shí)，將鋼板放置在設(shè)計(jì)位置，均勻擠壓后用皮錘由中間朝著外側(cè)邊緣均勻敲打，提高粘接的緊密度；在粘貼完畢后，將平墊、彈簧墊等安裝到緊固螺栓上，并將螺帽擰緊，緊固順序應(yīng)是從鋼板的中間向兩側(cè)進(jìn)行，利用粘鋼結(jié)構(gòu)膠在常溫狀態(tài)下固化，3 d后才可投入使用；

(5)對(duì)鋼板粘貼質(zhì)量進(jìn)行檢查，如若發(fā)現(xiàn)粘貼鋼板與構(gòu)件之間密實(shí)度不足，則需要進(jìn)行注膠處理，確保鋼板與混凝土連接為整體，且共同受力；在檢查合格后，首先用結(jié)構(gòu)膠均勻的涂抹在鋼板與螺栓的表面，再均勻的灑上小石子，石子的粒徑不超過10 mm，在自然環(huán)境下風(fēng)干；5 d后在蓋梁表面涂抹水泥砂漿，厚度在20 mm左右即可，確保罩面得到有效防護(hù)。

3.3 橋梁加固后實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過靜載實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)H大橋的加固效果進(jìn)行分析，在實(shí)驗(yàn)過程中，橋梁測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變基本相同，這意味著橫向?qū)ΨQ荷載中蓋梁具有較強(qiáng)的受力特性，具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 橋梁加固后實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比

從上表中數(shù)值可知，撓度實(shí)測(cè)值小于理論數(shù)值，卸載后橋體的殘余變形量較小，說明加固后橋梁的剛度與規(guī)定要求充分符合，同時(shí)也證實(shí)了粘貼碳纖維布與鋼板加固技術(shù)的作用與優(yōu)勢(shì)，使H大橋在1#與2#中蓋梁、梁底等方面存在的諸多病害得到有效處理，最終獲得理想的加固效果。