碳纖維布在橋梁加固工程中的應(yīng)用 李崇文

(甘肅省隴南公路總段宕昌公路管理段，甘肅 宕昌 748500)

【摘　要】碳纖維布作為高性能結(jié)構(gòu)加固材料，具有質(zhì)輕高強(qiáng)、耐腐蝕、抗老化、施工簡便等優(yōu)異性能，已在舊橋加固中得到廣泛應(yīng)用。結(jié)合2013年G212線阿塢橋采用碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的實(shí)踐，介紹其所用材料、施工工藝及其應(yīng)用性分析。

關(guān)鍵詞 橋梁加固,碳纖維加固

近年來，我國交通運(yùn)輸事業(yè)迅猛發(fā)展，許多現(xiàn)有橋梁已不能適應(yīng)現(xiàn)代交通的需要，這些問題不僅會(huì)影響到橋梁的正常使用，嚴(yán)重的還會(huì)給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。因此，如何采用經(jīng)濟(jì)適用的加固方案對橋梁進(jìn)行加固，以使其達(dá)到現(xiàn)行橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范要求，一直是擺在橋梁養(yǎng)護(hù)管理人員面前的一道難題。目前，廣泛應(yīng)用的碳纖維布加固技術(shù)，使舊橋加固發(fā)生了根本性的變化。

1　碳纖維材料的特點(diǎn)

碳纖維材料具備強(qiáng)度高、比重小、施工方便和高耐久性的優(yōu)點(diǎn)。其抗拉強(qiáng)度為3500MPa左右，十倍大于同截面的鋼材，并且厚度小，單層僅為0.112～0.167mm，即使用粘結(jié)劑與結(jié)構(gòu)物粘貼后厚度僅為2mm左右。并且比重小，僅為2.0～3.0g/cm3，施工便捷，占地少，不需要使用大型機(jī)械，不需預(yù)加工，也不需要現(xiàn)場的固定設(shè)施，無火無水施工；而且效果突出，能夠有效提高結(jié)構(gòu)物的靜荷載、動(dòng)荷載、構(gòu)件剛度、構(gòu)件的抗蠕變和構(gòu)件的耐久性，為原鋼筋混凝土構(gòu)件提供優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)效果。并且非常適合在高酸、堿、鹽及大氣腐蝕環(huán)境中使用，不會(huì)生銹，抗老化和抗疲勞強(qiáng)度高。所以，碳纖維材料以其優(yōu)異的特點(diǎn)在建筑結(jié)構(gòu)中得到普遍使用。

2　碳纖維加固的施工工藝及要點(diǎn)

碳纖維施工前混凝土表面的含水率應(yīng)<4%，或者提升環(huán)境溫度至5℃以上，否則應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，保證粘貼部位混凝土的表面含水率及所處環(huán)境溫度達(dá)標(biāo)。施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙放線定位，碳纖維布必須與構(gòu)件牢固地粘貼在一起，變形協(xié)調(diào)，共同受力。

2.1　混凝土基面的處理

1）要保證基面平整，首先應(yīng)修補(bǔ)表面的裂縫。

2）當(dāng)基面構(gòu)件有受損或坑槽凹陷，可用碳纖維整平材料或環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行填充修復(fù)。

3）當(dāng)基面有凸起，可使用混凝土磨片角磨機(jī)打磨，確保基面圓滑。

4）最后將基面上的粉塵、松散浮渣清掃干凈，確?；鏌o灰、無油并充分干燥。

2.2　涂底膠

1）根據(jù)現(xiàn)場的氣溫和底膠標(biāo)準(zhǔn)用量，計(jì)算出底層的圖布用量，并根據(jù)規(guī)定比例，將底層樹脂主劑和固化劑灌入配膠容器中，攪拌均勻，要確保在使用期內(nèi)一次用完。

2）使用毛刷或者滾筒刷，將底膠均勻的涂在需要補(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面，不應(yīng)有遺漏，涂抹面積要略大于碳纖維布的面積。

3）一般在1小時(shí)后，當(dāng)?shù)啄z指觸干燥后，用砂布打磨凸起的毛刺，但不可將將底層膠打磨穿，否則應(yīng)該重復(fù)上述步驟。

2.3　粘貼面修整

1）待底膠徹底干燥后，用粘貼膠加適量作為觸變劑的礦物填料調(diào)制成的膩?zhàn)?，即找平膠在凹陷、缺損和坑洼、接頭處進(jìn)行刮填修補(bǔ)，確保表面順滑，無明顯接頭盒高差。

2）等整平材料固化至指觸干燥后，如發(fā)現(xiàn)整平部位表面有突起的毛刺，應(yīng)用砂布打磨光順。

2.4　貼碳纖維布

1）首先根據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸大小對碳纖維布進(jìn)行剪裁。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求的方向，在涂好粘接膠的混凝土表面鋪覆碳纖維布，一層中各張布之間的搭接應(yīng)在纖維方向進(jìn)行。。

3）用膠輥在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并反復(fù)碾壓，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接。

2.5　檢查

用小錘等工具輕敲擊碳纖維布表面，以回聲來判斷粘接效果.如果碳纖維布粘層有空鼓或氣泡，可以用刀片將碳纖維布劃開（注意不要?jiǎng)潝嗟锰L），然后采用注射器針管將調(diào)制好的粘接膠注入空鼓或氣泡內(nèi)填充至密實(shí)。

３　工程實(shí)例

3.1　工程概況

阿塢橋位于G212線K272+083處，上部結(jié)構(gòu)為1~13m鋼筋混凝土空心板，下部結(jié)構(gòu)為U型橋臺，明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋面全寬為凈7+2×0.75m,設(shè)計(jì)荷載為公路—II級。在橋梁檢查中發(fā)現(xiàn)：幾乎每片板底面均出現(xiàn)了橫橋向分布的裂縫，有的甚至是整片板的橫向通縫，裂縫寬度在0.2mm左右，裂縫主要分布在靠近跨中的一段區(qū)域內(nèi)。考慮到工期緊、盡量簡單施工工藝等因素，采用碳纖維布加固法對橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

3.2　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）卸載原橋面鋪裝層及鉸縫混凝土后，封閉板體裂縫，在每塊板底粘貼三道三層25cm寬碳纖維布和一層壓條，提高板體抗拉強(qiáng)度，限制裂縫發(fā)展。

2）碳纖維及膠黏劑

碳纖維應(yīng)選用不大于12K的小絲束聚丙烯羥基(PAN基纖維)。單層碳纖維布的單位面積纖維質(zhì)量，不應(yīng)低于200g/m2,不宜高于300 g/m2。纖維復(fù)合材料沿纖維受力方向的搭接長度不應(yīng)小于10cm，當(dāng)采用多層或多條纖維布時(shí)，其搭接位置應(yīng)相互錯(cuò)開，纖維方向應(yīng)與構(gòu)件受拉方向一致。本次設(shè)計(jì)所用膠黏劑為A級膠，不得使用不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂等。

3.3　施工注意事項(xiàng)

1）施工工藝流程：卸荷載→構(gòu)件表面處理→粘貼面修補(bǔ)找平→涂底膠→配置面膠和裁剪碳纖維布→粘貼碳纖維布→固化→檢驗(yàn)、維護(hù)

2）裁剪碳纖維布用鋒利剪刀，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；若需延長，碳纖維布搭接長度不應(yīng)小于100mm。

3）碳纖維布的粘貼宜在5℃~35℃環(huán)境條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹脂的施工使用溫度。

4）粘貼碳纖維布前，板底首先要打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出結(jié)構(gòu)新面，混凝土表面應(yīng)清理干凈并保持干燥；鋼筋露出部位須做防銹處理，如有局部破損，須采取其它措施，以確保安全。

3.4　質(zhì)量要求

1）每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，并做好相關(guān)的記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)立即返工。

2）檢驗(yàn)時(shí)可用小錘輕擊或手壓粘貼面判斷粘貼效果，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)小于95%，如出現(xiàn)輕微空鼓等粘貼不密實(shí)現(xiàn)象（面積小于100cm2）可采取針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。若空鼓面積大于100 cm2，宜將空鼓處的碳纖維布切除，補(bǔ)粘四周搭接長度大于0.2m的碳纖維布。

3）嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場的溫度和濕度。施工溫度在5~35℃范圍內(nèi)，相對溫度不大于70%。

3.5　效益分析

加固后，呈整板受力，重車通過時(shí)，板體下?lián)隙让黠@減小，板體振動(dòng)明顯減小，該橋加固效果良好。

４　結(jié)束語

綜上所述，粘貼碳纖維布加固技術(shù)，是舊橋加固行之有效的新方法，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量日益增大，２０世紀(jì)七、八十年代修建的鋼筋混凝土橋梁，大部分已經(jīng)表現(xiàn)出不能滿足（下轉(zhuǎn)第306頁）（上接第286頁）通行要求，出現(xiàn)了許多病害。可以斷言，粘貼碳纖維布加固技術(shù)，廣泛應(yīng)用于舊橋加固已是必然趨勢。

參考文獻(xiàn)

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