預應力碳纖維粘貼施工技術在橋梁加固中的應用

王　健

摘要：為適應我國公路橋梁養護與加固改造要求，我國各省公路管養部門開展了橋梁加固技術的試驗研究和工程實踐嘗試，積累了豐富的實踐經驗。本文介紹了橋梁加固的概念以及常用方法，并重點研究了預應力碳纖維粘貼施工技術在橋梁加固中的應用。

關鍵詞：公路橋梁養護；加固改造；預應力；碳纖維粘貼施工

1 公路橋梁加固概述

1.1 公路橋梁加固的概念

橋梁加固是指對有缺陷的橋梁構件進行補強或加寬，改善結構性能，恢復和提高橋梁結構的安全度，提高其承載能力、通行能力，以延長橋梁的使用壽命，使整個橋梁結構可滿足規定的承載力要求，并滿足規定的使用功能需求，滿足并能適應不斷發展的交通運輸要求。橋梁加固包含兩個方面的意思:一個是對己受損橋梁的加固，使其恢復原有結構的抗力或超過原有結構的抗力；另一個是對完好橋梁的加固，使其提高結構抗力或者改善結構功能，以滿足新的使用要求。

1.2 公路橋梁常用加固方法

橋梁加固的方法大致分以下幾種類型:

加固補強薄弱構件。對于有嚴重缺陷或因通行重型車輛而不能滿足承載力要求的薄弱構件，可以采用新的材料(鋼筋、鋼板、混凝土、復合材料等)，增大構件截面尺寸、增設外部預應力鋼筋或用化學粘貼劑粘貼補強材料等補強措施進行加固補強，這種方法實際上是通過增加構件的剛度或增加受力材料數量來提高原構件的承載能力。

增設輔助構件。在原結構基礎上增加新的受力構件，如在多梁式梁橋中為增強橫向聯系而增設的端橫梁、中橫梁：又如樁基承載力不足時增設扁擔樁、增設擴大承臺等。

改變結構體系。不同的結構體系其受力性能不同，通過結構體系的轉換來改變原有結構的受力狀況，人為地改善原結構受力整體性能，以達到改善和提高橋梁承受荷載能力的目的。例如將有推力體系的拱橋改變成無推力體系的拱橋以改善拱圈、拱腳及拱頂截面的受力狀態；又如將原有的多孔簡支梁橋通過一定的構造措施改變為連續梁橋，利用連續體系來改善原有簡支梁跨中部分的受彎等。結構體系的轉變一般都能起到較好的加固補強的效果，但隨著體系的改變所形成的新體系中某些構件或截面的受力需按新體系進行認真的檢算，并采取相應的措施。

更換構件。橋梁局部構件有嚴重缺陷而不易修復時，也可采用新的構件替換原有結構。如斜拉橋的拉索銹蝕損壞時，可用新的拉索來替換:當橋梁支座失去功效而不能滿足主梁變形受力的要求時，可將主梁頂起更換支座；又如少筋微彎板梁橋的微彎板，破損后不易修復，也可考慮更換；再如雙曲拱橋的拱波、剛架拱橋的橋面板等。

2 預應力碳纖維粘貼加固技術施工工藝

粘貼碳纖維加固技術施工工藝流程主要為:構件表面處理——涂刷底層涂料——粘貼面修補整平——養護——表面涂裝。

2.1 構件表面處理

將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈，達到結構密實部位，使其表面平整；檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕，需進行必要處理；對經剔鑿、清除和露筋的構件殘缺部分，用環氧砂漿進行修補、復原，達到表面平整；裂縫處理。寬度小于0.20mm的裂縫，用環氧樹脂進行表面涂抹封閉:大于0.20mm的裂縫用環氧樹脂灌縫；將構件表面凸出部分打磨平整，修復后的段差要盡量平順。

2.2 涂刷底層涂料

把底層涂料的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放入容器內，用攪拌器拌合均勻；一次調和量應在可使用時間內用完；在底層涂料中嚴禁添加溶劑。含有溶劑的毛刷或用溶劑濕了的滾筒不得使用；用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面，指觸干燥后才能進行下一道工序的施工；底層涂料指觸干燥或固化后，表面上的凸起部分要用砂布或角磨機磨平。

2.3 粘貼面修補整平

構件表面凹陷部位應用環氧膩子填平，并修復至表面平整、順滑；內角要用環氧膩子填補，使之平順。在殘缺修補中使用環氧膩子時，要在相對濕度RH85%以下施工。膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，應再用砂紙打磨平整。

2.4 養護

粘貼碳纖維片后，需自然養護24小時達到固化，且應保證固化期間不受干擾；在每道工序以后樹脂硬化之前，宜用塑料薄膜遮擋以防止風沙或雨水侵襲；在樹脂硬化期間保證養護溫度不低于環氧樹脂的允許使用溫度。當存在氣溫降低到5℃以下的可能時，可采用低溫固化樹脂，或采取有效的加溫措施。

2.5 表面涂裝

若加固補強構件需要防火時，可在樹脂固化后按業主要求涂刷耐火涂層。

對加固補強構件有外觀要求時，可在補強后的碳纖維表面涂刷基于環氧基底的涂料或噴砂抹灰后涂刷常規涂料。涂裝應在樹脂初期固化后進行，并應遵守所用涂料的相關標準和施工規定。對新材料新工藝的涂裝，事前要做好充分研究，必要時應進行試驗，確認以后方可正式使用。

3 碳纖維加固技術的施工要點

碳纖維結構加固技術性能是否能夠達到要求的關鍵是碳纖維材料與混凝土基材的粘結性能能否保證。首先，碳纖維加固施工中基層的處理質量至關重要，基層處理需要特別細致地進行，確保基層質量。基層是否清潔，表面有無浮渣，表層是否平整，都將直接影響粘結質量。在對構件表面進行打磨之前，需要消除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，并用修復材料將表面修復平整。有裂縫的，需對裂縫進行灌縫或封閉處理；被粘貼的混凝土表面應打磨平整，除去皮層浮漿、油污等雜質，直至完全露出新面。在轉角粘貼處還要進行倒角處理并打磨成圓弧狀。此后，還要進行找平處理。混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，且不應有棱角，轉角處應用找平材料修復為光滑的圓弧。

其次，粘貼碳纖維時，滾壓的密實度對枯結性能也有較大影啊。粘貼操作應按如下步驟進行：裁剪碳纖維布——配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位——用特制的滾筒沿纖維方向滾壓——多層粘貼重復上述步驟——最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹脂。在該過程中，應反復多次滾壓，盡量排除氣泡，以免影響粘結質量。

第三，環境的溫度和濕度對粘結質量也有影響。溫度過低(小于50C)或過高(大于600C).濕度過大(大于85%)也會影響粘結質量。當環境溫度大于60℃時，應采取隔熱措施加以防護；當環境溫度低于5℃時，應停止施工，否則樹脂的固化及最終強度都會受到影響。

4 碳纖維加固技術的施工注意事項

氣溫在5℃以下、相對濕度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上、有結露的可能時，無有效措施不得施工；由于碳纖維片為電的良導體，剪裁及使用碳纖維片材時應盡量遠離電源尤其是高壓電線及輸電線路；施工用各種樹脂遠離明火，并避免陽光直射；施工及檢查人員應穿防護工作服，配戴口罩、手套、防護眼鏡等防護用品；施工現場通風狀況良好；當樹脂粘附在皮膚上時，應立即用肥皂水沖洗，濺入眼內用清水清洗或及時就醫。

小結

目前我國的橋梁維修加固任務并不是很繁重，一旦橋梁養護加固的高峰到來時，以目前的維修加固技術和技術工程力量將是難以應付的。而且我國新建橋梁技術發展較快，但橋梁養護維修加固技術的發展相對滯后。因此，進一步加強對橋梁的養護維修、加固及技術改造的研究及其工程應用有其重要意義。

隨著橋梁加固技術的不斷進步，碳纖維粘貼補強技術在理論設計和施工等方面也得到了進一步完善和發展；碳纖維粘貼補強技術也成為目前研究的熱點。廣大學者和橋梁工作者進行了大量的研究，取得不少成果。但在碳纖維粘貼補強技術的施工工藝方面仍然存在不少需要解決的問題需要解決。

參考文獻

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[2]彭暉，預應力碳纖維布加固混凝土受彎構件的試驗研究，湖南大學，2002.

[3]陳曉明，碳纖維復合材料在橋梁加固工程中的運用，南昌水專學報，2003.