粘貼碳纖維在橋梁裂縫修補中的運用

朱登霞

摘要：粘貼碳纖維對提高橋梁承載力具有很強的作用，本文對碳纖維本身優缺點和在加固中的工作機理進行了全面論述，并結合具體工程實踐對粘貼碳纖維加固橋梁的具體施工工藝作了詳細介紹，為工程技術人員提供了科學依據和技術支持。

關鍵詞：碳纖維；橋梁；裂縫

1 前言

近年來，隨著我國經濟建設步伐的加快，高速公路建設得到飛速的發展，與此同時，公路橋梁開裂的情況日益增多，目前裂縫修補主要方法是壓力注膠法，但由于以往裂縫注膠修補后，由于混凝土繼續的收縮變形導致結構重新開裂，經考慮對裂縫進行壓力灌漿之后通過在混凝土表面粘貼具有一定預拉力的碳纖維布，以在裂縫周邊施加強壓應力，保證混凝土不再開裂；本文通過某橋梁裂縫處理，全面介紹REINJECTOR注膠法及碳纖維加固在裂縫處理中的綜合應用。

2 碳纖維特性

碳纖維具有高比強度、高比模量，耐疲勞和耐腐蝕等一系列優良性能，在橋梁工程中應用廣泛，具有以下優點：

碳纖維布的自重僅為200-300g／m2，設計厚度為0.1l1-0.16mm，加上環氧樹脂系列的粘結材料的自重也很輕，對整個結構重量及橋下凈空的影響微乎其微，因此，與其他加固方法相比，采用碳纖維布加固法不增加恒載和斷面尺寸，不影響結構外觀，不減小橋下凈空。

該法施工簡便，工期短，無需大型設備，不受空間限制，可以不中斷橋面交通，且因碳纖維布的隨型性極強的特點，可以適應不同構件的各種形狀，成型方便。

加固時碳纖維布通過環氧樹脂等粘結材料與原有構件有效粘結，不需設置錨栓及鑿開混凝土等，不會損傷原構件。

由于碳纖維材料優異的物理力學性能，在對混凝土結構加固補強過程中可充分利用其高強度，高模量的特點來提高構件的承載力，改善其受力性能，達到高效加固的目的。

碳纖維布粘貼在混凝土表面，能有效封閉混凝土表面的裂縫，并能約束混凝土結構裂縫的生成與擴展。

碳纖維材料幾乎無腐蝕性和磁性，并具有較好的耐熱性，且其化學性質穩定，不會與酸、堿、鹽等化學物質發生反應，具有良好的耐久性。

有良好的抗震性，它改善了原構件的裂縫形態，延緩和減輕了震動造成的破壞；

3 粘貼碳纖維法加固原理

將抗拉性能良好的碳纖維布加固受拉區，可與原結構內鋼筋共同承受拉力，以提高舊橋承載力；

沿橋梁的主拉應力方向(或與裂縫正交方向)粘貼碳纖維布，兩端分別設置錨固端，可約束混凝土表面裂縫、防止混凝土裂縫進一步擴展，從而達到提高構件抗彎剛度，減小構件撓度、改善梁體受力的目的；

碳纖維布加固混凝土構件，在提高其受彎承載力的同時還可能影響受彎構件的破壞形態。當碳纖維布用量過多時，構件的破壞形態將由碳纖維被拉斷引起的破壞轉變為混凝土被突然壓碎破壞。與此同時。由于碳纖維為完全彈性的材料，它與鋼筋的共同作用會減弱鋼筋塑性性能對構件延性的影響。碳纖維布用的過多，構件的延性將有所降低。

碳纖維和混凝土具有相近的溫度線膨脹系數，不會由于溫度變化產生較大的溫度內應力而破壞兩者之間的粘結。

4 工程實踐

工程簡介：某高速公路K257+800橋梁，在近期發現第二孔梁下出現裂縫。該橋為主線下穿式立交橋，上構為10+2×16+IOm鋼筋砼連續梁，橋墩為鋼筋砼薄壁墩，明挖擴大基礎；橋臺為U型重力式橋臺，明挖擴大基礎。橋面凈寬4.5m，設計荷載為汽車-20級，掛車一100。

工程地質：該橋地質概況：0～11米為褐黃色硬塑粘土，以下為全風化白云巖、強風化白云巖、弱風化白云巖。基礎置于粘土中。設計要求地基承載力不小于230kpa，實測分別為：0#：301.6kpa；1#；2130.8kpa；2#；303.2kpa；3#；273.6kpa；4#；316.0kpa。

裂縫原因：2003年6月21日上午，建設、設計、監理、施工等單位對裂縫進行了分析討論，認為該橋拆除鋼管腳手架從第二孔開始，然后拆除其它孔徑鋼管腳手架，以致于由于橋梁體系轉換，造成第二孔橋梁底板出現裂縫。

裂縫處理: 采用裂縫注入補強加固法，利用灌注器提供恒定低壓以克服毛細現象，將專門適配的AB灌縫樹脂注入裂縫中，使裂縫處混凝土斷面粘合在一起，恢復其整體性并改善裂縫處的受載能力，同時封堵裂縫，使膠粘劑與混凝土保護層形成一個整體，以恢復其對鋼筋的保護功能，避免接觸腐蝕性介質而造成鋼筋生銹。根據以往的經驗，現場共14條裂縫中有13條可以灌注; 對細小裂縫，由于無法確保充分注入，應在縫口反復涂刷粘接劑以封閉。

裂縫注入的工藝流程：裂縫調查→裂縫觀測→確定注入器的安設分布方案→清理裂縫→安裝注入器底座→封閉裂縫→配制注入材料→自動注入→確認注滿→拆除注入器及底座→修整裂縫口→進入后序工程

a.表層處理：清除裂縫表面的灰塵，油污。

b.確定注入口：一般按20～30cm的距離設、注入口，注入口的位置應盡量在裂縫較寬、開口較通暢的部位。

c.封閉裂縫：沿裂縫處認真釘設2-3Cm寬的臨時封閉膠，并安裝注膠底座。

d.安設自動壓力灌漿器并注漿，注漿時間為5分鐘左右，注滿時一般封縫膠旁邊有潮濕現象，那是注滿后有少許漿滲出的緣故。

e.樹脂固化后敲掉底座及堵頭，清除表面封縫膠。

碳纖維工程施工：

a.橋梁底板砼表面用砂輪或砂布打磨干凈，除去表面的浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面。

b.均勻涂刷底層樹脂CFP(其作用是滲透至混凝土內部以提高混凝土和碳纖維之間的黏結)。

c.用整平材料CFE修復，填補箱梁基面上不平整及缺陷部位。

d.涂刷粘結樹脂CFR，隨后開始粘貼30型高強度碳釬維布。

e.在粘貼完碳纖維布后再涂刷一層CFR樹脂。

f.粘貼碳纖維片后需要自然養護24小時達到初期固化，固化期間應保持不受干擾，達到設計強度所需要的自然養護周期為一周左右，此期間應防止貼片受到硬性沖擊。

g.加固養護完成后，在加固碳纖維布上涂上與混凝土顏色一致的涂料

5 結語

工程實踐證明，REINJECTOR壓力注膠配以粘貼碳纖維布綜合加固處理裂縫，施工便利，效果顯著，值得同類工程借鑒。