碳纖維布在橋梁加固中的應(yīng)用

喬 國(guó) 威

(山西省高速公路開(kāi)發(fā)有限公司，山西 太原 030006)

隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)橋梁的建設(shè)質(zhì)量和使用壽命提出了較高的要求，但是由于各方面因素的影響導(dǎo)致橋梁構(gòu)造表面不同程度上出現(xiàn)了疲勞裂縫，對(duì)橋梁的使用性能和使用壽命產(chǎn)生不利影響。雖然橋梁在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)橋梁裂縫、橋梁老化、橋梁破損等問(wèn)題，但是其還具有一定的使用價(jià)值，此時(shí)直接對(duì)其進(jìn)行重建，不僅需要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且還會(huì)造成資金浪費(fèi)。因此，為了使上述問(wèn)題得到有效避免，并使橋梁的承載力和荷載等級(jí)得到有效提升，則需要對(duì)橋梁的加固工作給予重視。而碳纖維布是一種新型加固方法，其在修復(fù)橋梁裂縫、提升橋梁強(qiáng)度等方面具有重要意義。

1 碳纖維布加固原理及特征

1.1 碳纖維布加固原理

通常情況下，如果碳纖維的排列方向不同，其所產(chǎn)生的拉伸強(qiáng)度也會(huì)存在差異，如果碳纖維拉伸與受力方向同向時(shí)，那么其所產(chǎn)生的拉伸強(qiáng)度較高，反之，所產(chǎn)生的拉伸強(qiáng)度較低。實(shí)際上，構(gòu)件受到彎矩影響，一旦構(gòu)建表面產(chǎn)生彎矩時(shí)，將會(huì)在構(gòu)件受壓區(qū)形成裂紋，此時(shí)可以在受拉區(qū)表面粘貼碳纖維布，這樣即使構(gòu)件受到荷載作用，也會(huì)抑制裂紋的進(jìn)一步延伸。該過(guò)程中，跨中產(chǎn)生的細(xì)小裂紋會(huì)均勻分布在構(gòu)件受拉范圍內(nèi)，使構(gòu)件截面受壓區(qū)域高度有效提升，而且能夠在碳纖維作用下，進(jìn)一步提升橋梁受彎構(gòu)件承載能力，進(jìn)而提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

1.2 碳纖維布加固特征

1)碳纖維布實(shí)際上是一種布狀材料，但是其具有比較高的彈性和強(qiáng)度，碳纖維通常是沿著單一方向分布。在碳纖維布使用過(guò)程中，往往需要專(zhuān)用環(huán)氧樹(shù)脂或結(jié)構(gòu)膠來(lái)實(shí)現(xiàn)與構(gòu)件的有效粘結(jié)和加固，待環(huán)氧樹(shù)脂或結(jié)構(gòu)膠充分固態(tài)化后就可以形成全新的受力體，使橋梁構(gòu)建的承載能力得到有效提升，進(jìn)而達(dá)到加固的效果；2)碳纖維具有比較理想的化學(xué)性能，而且化學(xué)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，即使在酸堿等化學(xué)介質(zhì)作用下也不會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，而且耐寒、耐熱性能比較理想，因此可以在露天施工場(chǎng)地中得到廣泛應(yīng)用；3)碳纖維自身重量?jī)H為鋼筋的1/5，且其抗拉強(qiáng)度是普通鋼板的10倍。此外，碳纖維自身彈性比較理想，其能夠使鋼筋混凝土中鋼筋應(yīng)力得到有效控制；4)碳纖維質(zhì)地柔軟，運(yùn)輸和施工起來(lái)比較便利，不需要使用大型機(jī)械和專(zhuān)業(yè)設(shè)備來(lái)運(yùn)輸，有效降低了施工成本，縮短了施工周期。

2 碳纖維布加固方法的確定

在進(jìn)行橋梁加固過(guò)程中，比較常用的加固方法有：橋面層補(bǔ)強(qiáng)加固法、粘貼鋼板加固法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、體外預(yù)應(yīng)力筋加固法與增大截面加固法。通常情況下，碳纖維布加固方法是在混凝土構(gòu)件表面借助建筑結(jié)構(gòu)膠來(lái)對(duì)碳纖維布進(jìn)行粘貼，如果結(jié)構(gòu)荷載升高時(shí)，將會(huì)使混凝土與纖維布一起受力并出現(xiàn)協(xié)調(diào)變形，使構(gòu)件的整體剛度和承載力得到有效提升。碳纖維布加固施工具有自重輕、工期短、強(qiáng)度高、耐腐蝕、施工簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)性好等一系列的優(yōu)勢(shì)，而且不占用橋下空間，因此在橋梁加固中得到了廣泛的應(yīng)用。此時(shí)就需要對(duì)加固方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性進(jìn)行反復(fù)論證和比較后，來(lái)確定碳纖維布加固方法，從而確保橋梁加固施工的順利進(jìn)行，有效提高橋梁加固效果。

3 碳纖維布加固施工方法

3.1 施工流程

在進(jìn)行橋梁加固過(guò)程中，碳纖維布加固施工流程如下：施工線(xiàn)放設(shè)→橋梁基面處理→刷抹底膠→按照要求粘貼碳纖維布→養(yǎng)護(hù)→涂刷封閉膠。

3.2 施工步驟

1)對(duì)被加固橋梁表面所存在的疏松、剝落、蜂窩等劣化混凝土給予全方位的清理，以確?；炷列迈r結(jié)構(gòu)層全部暴露出來(lái)，隨后就可以借助修復(fù)材料對(duì)其進(jìn)行修復(fù)處理；2)按照設(shè)計(jì)要求灌縫或封閉處理橋梁構(gòu)件表面所存在的裂縫；3)在施工范圍內(nèi)按照設(shè)計(jì)方案要求開(kāi)展碳纖維布粘貼工作；4)根據(jù)設(shè)計(jì)比例均勻攪拌底膠，并選擇短毛滾刷將攪拌好的底膠均勻涂抹在粘貼位置，涂抹結(jié)束后要放置一段時(shí)間，以確保底膠氧化到最佳狀態(tài)，同時(shí)該過(guò)程中底膠不宜涂抹過(guò)厚；5)將樹(shù)脂膠按比例在粘貼面均勻涂抹，隨后就可以進(jìn)行碳纖維布粘貼工作，此時(shí)需要按順序開(kāi)展碳纖維布粘貼工作，并借助消泡滾反復(fù)碾壓碳纖維布表面，從而使橋梁構(gòu)件表面與碳纖維布緊密結(jié)合，不會(huì)存在驟起或氣泡現(xiàn)象；6)碳纖維布粘貼結(jié)束后，需要靜置30 min～60 min，隨后還需要將浸漬樹(shù)脂在碳纖維布表面均勻涂抹一層，該階段嚴(yán)禁卷起已粘貼好的碳纖維布；7)粘貼完成碳纖維布后，需要對(duì)其進(jìn)行24 h的養(yǎng)護(hù)；8)當(dāng)樹(shù)脂初期徹底硬化之后，最好在碳纖維布表面涂刷碳纖維布專(zhuān)用漆，以確保橋梁加固效果。

3.3 檢驗(yàn)與驗(yàn)收

1)在施工前，需要對(duì)施工材料的出廠(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告、使用說(shuō)明書(shū)、產(chǎn)品合格證等進(jìn)行全面、系統(tǒng)的檢查，使材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合具體施工要求；2)各個(gè)環(huán)節(jié)施工結(jié)束后要做好檢查和驗(yàn)收工作，檢查結(jié)果符合要求后才允許開(kāi)展下一道工序施工，反之則需要返工處理；3)碳纖維布粘貼階段，要對(duì)線(xiàn)型有無(wú)扭曲現(xiàn)象、是否直順以及搭接位置處理是否得當(dāng)?shù)冗M(jìn)行檢查；如果是多層粘貼時(shí)，還需要檢查上下層是否粘結(jié)緊密，搭接位置是否錯(cuò)開(kāi)，反之則需要重新粘貼；4)碳纖維布粘貼結(jié)束后，需要對(duì)其整體質(zhì)量進(jìn)行檢查，并現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土表面與碳纖維布粘合效果進(jìn)行檢查，并借助小錘等工具進(jìn)行輕輕敲擊，根據(jù)回聲特點(diǎn)來(lái)判斷碳纖維布粘貼效果，如果存在空鼓現(xiàn)象時(shí)，一般可以通過(guò)針管注膠方式來(lái)給予針對(duì)性的處理，必要的時(shí)候也可以返工處理，從而確保橋梁加固效果。

4 碳纖維布在橋梁加固中的注意事項(xiàng)

1)碳纖維布加固施工最好在高于5 ℃的溫度條件下進(jìn)行，如果溫度低于5 ℃時(shí)，需要采用升溫處理措施或選擇適于低溫的配套樹(shù)脂；2)施工過(guò)程中需要對(duì)環(huán)境濕度對(duì)樹(shù)脂固化所產(chǎn)生的不利影響給予綜合考慮；3)在粘貼碳纖維片材前和混凝土表面處理過(guò)程中，需要根據(jù)橋梁加固設(shè)計(jì)部位來(lái)開(kāi)展放線(xiàn)定位工作；4)樹(shù)脂配制過(guò)程中需要根據(jù)產(chǎn)品使用說(shuō)明中所提及到的配比要求來(lái)對(duì)材料進(jìn)行承重，并借助攪拌器進(jìn)行均勻攪拌；5)按照比例要求對(duì)底膠進(jìn)行配制并均勻攪拌，該過(guò)程要求一次調(diào)和量最好在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)使用完，一旦超過(guò)時(shí)間則不允許再使用，從而保證其粘結(jié)質(zhì)量；6)碳纖維布粘貼過(guò)程中最好從單幅寬度一側(cè)開(kāi)始逐漸向另一側(cè)粘貼，粘貼時(shí)要避免氣泡的產(chǎn)生，確保橋梁加固效果；7)用消泡滾向一個(gè)方向?qū)μ祭w維布進(jìn)行碾壓，不允許來(lái)回反復(fù)滾動(dòng)，避免對(duì)碳纖維布造成傷害，而影響粘貼效果；8)碳纖維布加固施工過(guò)程中要采取措施避免碳纖維片材出現(xiàn)彎折現(xiàn)象；9)與碳纖維布相配套的樹(shù)脂原料最好進(jìn)行密封儲(chǔ)存，并避免陽(yáng)光直接照射，遠(yuǎn)離火源。而且樹(shù)脂配置和使用場(chǎng)所需要時(shí)刻保持良好通風(fēng)，施工人員需要結(jié)合樹(shù)脂材料使用情況來(lái)制定相對(duì)應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施；10)在進(jìn)行碳纖維布施工階段，還需要施工隊(duì)伍對(duì)施工方案進(jìn)行詳細(xì)了解，并精心組織、精心施工，以確保最終施工效果。

5 結(jié)語(yǔ)

碳纖維布在橋梁加固中得到了廣泛的應(yīng)用，其具有施工周期短、自重較輕及施工比較方便等特點(diǎn)，既能夠提高橋梁的加固效果，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，而且還可以降低橋梁成本。