探討碳纖維布在橋梁加固工程中的應(yīng)用

（福建省建筑科學(xué)研究院 福建 福州 350025）

探討碳纖維布在橋梁加固工程中的應(yīng)用

黃建輝

（福建省建筑科學(xué)研究院 福建 福州 350025）

碳纖維布以其具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗老化、施工簡便等優(yōu)異性能，目前在橋梁、隧道、混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)、加固、補(bǔ)強(qiáng)方面的應(yīng)用得到廣泛推廣。討論碳纖維布在橋梁工程中應(yīng)用的問題，介紹橋梁加固中運(yùn)用碳纖維布的幾種方法，并以工程實(shí)例來介紹碳纖維布的應(yīng)用。

碳纖維布；橋梁加固工程；施工工藝；

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)、科技的不斷發(fā)展，橋梁加固技術(shù)越來越受關(guān)注。特別是隨著總體交通運(yùn)輸量的迅速增大，眾多橋梁已出現(xiàn)很多的缺陷，比如梁體裂縫、空鼓、空洞、掉塊、露筋、支座缺陷。 所以，如何采取既經(jīng)濟(jì)又有效的加固方案，使其達(dá)到橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范及要求，是所有橋梁養(yǎng)護(hù)管理人員必須面對(duì)的一道難題。而碳纖維布正是因其所具有的高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞、耐腐蝕及施工簡便等許多特點(diǎn)，給橋梁加固技術(shù)帶來了新的動(dòng)力。

1 碳纖維布的主要特點(diǎn)

碳纖維布是新型的高強(qiáng)加固材料, 最早在航空航天等高科技領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,近年來在建筑工程也得到認(rèn)可和應(yīng)用。, 碳纖維布具有如下一些特點(diǎn):

1.1 材料自重輕，厚度小，約 300 g/m2 ，加固后基本不增加結(jié)構(gòu)自重及厚度；具有良好的柔韌性，易于裁剪，適用各種構(gòu)件表面。

1.2 強(qiáng)度極高， 抗拉強(qiáng)度會(huì)達(dá)到 3000MPa～4000MPa，抗拉強(qiáng)度約為普通鋼材的 10~15 倍，抗疲勞能力突出。

1.3 加固后能適用于酸堿化學(xué)腐蝕等各種惡劣環(huán)境，很大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和耐久性。

1.4 施工便捷，不用預(yù)加工，便于操作，施工時(shí)基本不影響建筑的正常使用。

1.5 施工工期短。

2 碳纖維布粘貼施工工藝

2.1工藝材料的準(zhǔn)備

2.1.1 碳纖維布

嚴(yán)格按照施工合同、施工工藝要求以及技術(shù)規(guī)范選定碳纖維布的型號(hào)、規(guī)格。

2.1.2 粘接劑

粘貼碳纖維布的粘接劑（一般選用環(huán)氧樹脂 ）包括底膠、找平膠 、浸漬膠。1）底膠：用于混凝土表面的處理。利用底膠的滲透作用，形成一個(gè)硬化層使混凝土表面有利于找平膠和粘帖膠的粘結(jié)2）找平膠：涂刷找平膠，使不平整的混凝土表面達(dá)到平整，以使碳纖維布能夠平直的粘貼在混凝土表面。3）浸漬膠：將碳纖維布粘結(jié)在混凝土表面使碳纖維與被加固結(jié)構(gòu)形成受力整休，共同起到承重和抗拉作用。

2.2施工流程

施工準(zhǔn)備 → 砼底層處理→刷底膠→用找平膠整平→涂浸漬膠→ 粘貼碳纖維布→ 涂浸潤膠→養(yǎng)護(hù)固化。

2.3施工工藝

2.3.1 底層處理

2.3.1.1 對(duì)混凝土表面的劣化部分進(jìn)行清除, 并清洗打磨，待表面干燥后，用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)凹凸部位。用砂紙打磨毛刺。手觸摸感覺干燥后，方能進(jìn)入下一工序。

2.3.1.2 粘帖處如果是陽角要打磨成圓弧狀，如果是陰角應(yīng)填補(bǔ)成圓弧倒角，圓弧半徑不應(yīng)小于25mm。

2.3.1.3 對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。

2.3.2 涂刷底膠

2.3.2.1 配制底膠。

2.3.2.2 將底膠涂抹在混凝土表面，用筆刷和橡皮刮刀反復(fù)涂抹，使底膠均勻充分地粘附在混凝土表面，并浸入混凝土。

2.3.3

2.3.3.1 配制找平膠。

2.3.3.2 用找平膠修補(bǔ)表面凹陷部分。

2.3.3.3 轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平膠修復(fù)成光滑的圓弧形，半徑不小于20mm。

2.3.3.4 找平膠干燥后進(jìn)入下一道工序。

2.3.4 粘貼碳纖維布

2.3.4.1 按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布，應(yīng)保持碳纖維布表面的干凈。

2.3.4.2 配制浸漬膠：根據(jù)碳纖維布數(shù)量確定浸漬膠的量，按比例將A、B兩組分膠均勻的攪拌。每次攪拌的膠超時(shí)不可使用，每次配膠控制在2公斤以內(nèi)。

2.3.4.3 粘貼碳纖維要從跨中向兩側(cè)進(jìn)行，用毛刷將浸漬膠均勻地涂抹在砼表面，然后將碳纖維布敷設(shè)在浸漬膠層上。用橡膠滾或橡膠刮刀，沿纖維方向用力滾壓或刮平，要特別注意不能來回滾壓、刮平，應(yīng)沿一個(gè)方向滾壓、刮平，排除氣泡和多余的膠液，使碳纖維布充分浸漬并與砼表面牢固結(jié)合，注意操作時(shí)不要損傷碳纖維布。

2.3.5 在碳纖維布表面均勻涂刷浸漬膠，用滾筒或橡膠刮刀滾壓、抹平，使浸漬膠充分滲透碳纖維布。

2.3.6 養(yǎng)護(hù)和固化

2.3.6.1 施工后要防止雨淋或受潮，應(yīng)注意保護(hù)施工面。

2.3.6.2 在常溫下養(yǎng)護(hù)、固化，當(dāng)20℃以上時(shí)，一天可固化，具有一定強(qiáng)度，3-5天可受力，如果低于15℃時(shí)，10-15天才可受力。如有需要也可使用紅外線加溫，保持溫度在15℃-20℃之間。

3 碳纖維布在橋梁加固工程中的應(yīng)用實(shí)例

3.1泉州晉石高速公路A4合同段荊山大橋的加固

3.1.1 荊山大橋橋梁概略

荊山大橋分左右幅橋，左右幅橋橋梁上部構(gòu)造由組合箱梁和現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼箱梁組成。

3.1.2 病害狀況碳纖維布在橋梁加固工程

荊山大橋主要病害包括結(jié)構(gòu)裂縫，空洞、露筋、蜂窩、麻面、砼剝落、砼掉塊、露波紋管、露鋼絞線等缺陷，其中有一處裂縫特別突出，位于荊山大橋右幅48-4預(yù)制矮箱梁底板，距47#墩4.0m，距左側(cè)腹板0.3m處，1條縱向裂縫縫長達(dá)25.0m，縫寬0.60mm。

3.1.3 病害緣由剖析碳纖維布在橋梁加固工程中的運(yùn)

根據(jù)橋檢報(bào)告檢測(cè)描述及現(xiàn)場(chǎng)查看情況，該裂縫所處的梁底可能因振搗不夠密實(shí)，底部骨料不足，在溫度變化、靜動(dòng)荷載的作用下，逐漸產(chǎn)生該裂縫，而且該裂縫受溫度的變化影響比較明顯，同時(shí)也有可能因梁底橫向拉結(jié)力不足引起的

3.1.4 裂縫處治辦法碳纖維布在橋梁加固工程中

3.1.4.1 裂縫分類

將裂縫分為三類：第一類是受力裂縫，裂縫寬度大于0.15mm，這類裂縫較嚴(yán)重；第二類裂縫寬度大于0.15mm，但是非受力裂縫，第三類是小于0.15mm 的非受力裂縫。

第一類裂縫，通過結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，采用先灌漿封閉然后再粘貼碳纖維布，來提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度；第二類裂縫，采用灌漿封閉補(bǔ)強(qiáng)的辦法；第三類裂縫采用表面封閉處理的辦法。

3.1.4.2 裂縫處治

根據(jù)病害成因，我們認(rèn)為應(yīng)該對(duì)位于右幅48-4預(yù)制矮箱梁底板縱向裂縫縫長達(dá)25.0m，縫寬0.60mm的受力裂縫進(jìn)行封閉壓力灌漿并粘貼三層碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

3.1.5 裂縫灌漿工藝流程

裂縫灌漿工藝流程如下：

3.1.6 裂縫灌漿施工要點(diǎn)

3.1.6.1 裂縫調(diào)查

經(jīng)調(diào)查右幅48-4預(yù)制矮箱梁底板縱向裂縫縫長達(dá)25.0m，縫寬0.60mm

3.1.6.2 裂縫處理

混凝土裂縫表面的污物用鋼絲刷等工具清除，用酒精或丙酮將沿縫兩側(cè)2-3cm范圍擦拭干凈，不得有油污、砂粒及浮漿等污垢、雜質(zhì)。

3.1.6.3 粘帖注膠底座（灌漿嘴）

灌漿嘴的間距為40cm，在一條裂縫上必須設(shè)置有進(jìn)漿、排氣或出漿口。封閉及灌漿嘴周圍必要時(shí)應(yīng)先用丙酮洗凈，灌漿嘴底盤周圍均勻地抹上1～2mm厚裂縫封閉膠泥，并將孔眼對(duì)準(zhǔn)貼于裂縫上，注意粘貼牢固，且不得堵嘴堵縫。

3.1.6.4 封縫

使用JN-F封口膠，用油灰刀沿裂縫往復(fù)涂刮后均勻涂抹一層厚約1-2mm、寬2-3cm的膠泥，特別注意防止小氣泡及密封不嚴(yán)。

3.1.6.5 配制灌漿膠液

根據(jù)估計(jì)的灌膠量按A、B兩組分100：30的比例配制JN-L膠液，應(yīng)將A、B兩組分充分搖勻，要在JN-L膠液可用期內(nèi)及時(shí)完成灌漿作業(yè)(25℃時(shí)約為90分鐘)。

3.1.6.6 灌漿

灌漿由下而上，由一端到另一端。灌漿壓力常采用0.2Mpa，采用低壓慢注的

3.1.7.2.5第三層碳纖維布粘帖結(jié)束后，在表面涂抹一層浸漬膠，進(jìn)行保護(hù)。方法，可獲得更好的灌漿效果。當(dāng)最后一個(gè)出漿口出膠且出膠速率保持穩(wěn)定后，再保持壓注10分鐘左右即可停止灌漿。

3.1.6.7 膠液固化

一般情況固化時(shí)間在 25℃下12小時(shí)即可。膠液固化后即拆除嘴子，并用裂縫封閉膠封閉。

3.1.7 粘貼碳纖維布（300 g/m2）

3.1.7.1 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

碳纖維布的長度應(yīng)從裂縫兩端各延長1.0米，向裂縫的兩側(cè)各延伸0.5米作為寬度；沿纖維受力方向的搭接長度不應(yīng)小于 10cm ，本次采用粘帖三層碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，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)用固特邦膠粘劑，A、B兩組分膠液，按100：30的比例均勻的攪拌。每次攪拌的膠，超過時(shí)間不可使用，每次配膠不宜超過2公斤。

3.1.7.2 施工注意事項(xiàng)

3.1.7.2.1盡量不要在雨天或空氣潮濕條件下施工。如果確有必要，必須烘干構(gòu)件表面或采用專門的膠黏劑。

3.1.7.2.2碳纖維布搭接長度不宜小于l00 mm；搭接位置宜避開主要受力區(qū)。對(duì)于掉塊露筋處粘貼的碳纖維布，碳布四周應(yīng)比缺陷面向外延伸長度不小于20cm。

3.1.7.2.3 粘貼碳纖維布前，要擦拭混凝土表面，確保干凈?；炷帘砻嫱克⒛z黏劑時(shí)，應(yīng)做到膠體不流淌。

3.1.7.2.4用手指觸摸第一層碳纖維布表面，如果感到干燥后，馬上涂刷膠粘劑，粘貼第二層碳纖維布。

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