淺談梁橋粘貼碳纖維加固法

李 珂

（商丘市公路管理局，河南 商丘 476000）

碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的加固補(bǔ)強(qiáng)以提高構(gòu)件的抗彎承載力，抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力，提高構(gòu)件的剛度以及延性等。此外可用于控制混凝土構(gòu)件裂縫寬度的發(fā)展。碳纖維片材（特別是碳纖維布）質(zhì)量輕且厚度薄，具有一定柔度，可在混凝土橋的某些部位靈活粘貼加固，在梁橋加固施工中應(yīng)用廣泛。

1 施工材料

粘貼碳纖維加固法施工材料有以下幾種：

1.1 碳纖維復(fù)合材料

加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。碳纖維布在編織時(shí)，將大量的碳纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向均勻平鋪，用極少的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度一般應(yīng)達(dá)3550MPa，彈性模量為2.35105MPa。根據(jù)碳纖維布的品質(zhì)不同，其厚度在 0.11～0.43mm，幅寬在 20～100cm，卷材長(zhǎng)度為 50～100m。

1.2 粘結(jié)材料

粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度以保證碳纖維與混凝土間剪力的傳遞，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性以避免因混凝土開裂導(dǎo)致脆性粘結(jié)破壞。粘結(jié)材料還應(yīng)能在一般氣候條件下固化，且固化時(shí)間合適（一般保證有3小時(shí)左右），對(duì)組分含量不敏感，具有適宜的流動(dòng)性和粘度，固化收縮率小。粘結(jié)材料主要包括底涂膠、找平膠、浸漬樹脂和罩面膠（見圖1）等四種。

圖1 粘貼碳纖維布的各層材料示意

（1）底涂膠：在處理好的混凝土表面上，涂一層很薄的底涂膠，既可以浸入混凝土表面，強(qiáng)化混凝土表面強(qiáng)度，又可以改進(jìn)膠接性能，使混凝土與碳纖維布能夠更好的粘接。底涂膠必須具有很低的粘度，以及與混凝土良好的粘結(jié)性能，以便涂刷后，膠粘劑能滲入混凝土結(jié)構(gòu)中。（為保證性能，應(yīng)盡量避免使用溶劑型膠）

（2）找平膠：加固補(bǔ)強(qiáng)處的混凝土表面有銳利突起物、錯(cuò)位和轉(zhuǎn)角部位等都可能降低碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)效果。若經(jīng)過基底處理仍未徹底清除，應(yīng)在涂敷底層涂料指觸干燥后，用找平膠進(jìn)行找平。找平膠應(yīng)具有優(yōu)良的力學(xué)性能，以及良好的施工性能與觸變性能。找平膠應(yīng)易于施工操作，且不隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)明顯的變形。

（3）浸漬樹脂（粘貼主膠：連接著底膠與碳纖維布，在粘結(jié)材料中起著至關(guān)重要的作用。浸漬樹脂應(yīng)具有一定的粘度，防止粘貼的碳纖維布塌落而形成空洞或空隙；浸漬樹脂應(yīng)具有良好的觸變性，易于施工且不會(huì)發(fā)生明顯的滴淌現(xiàn)象；浸漬樹脂應(yīng)具有良好的滲透性與相容性，以利于浸透碳纖維布，形成復(fù)合性整體，共同抵抗外力作用。

（4）防護(hù)涂裝（罩面膠）：保證施工表面的美觀和碳纖維布的完好無損。所選材料應(yīng)能涂敷在碳纖維布表面，并不脫層，不掉落，能長(zhǎng)期在冷熱干濕的空氣中穩(wěn)定，防止復(fù)合材料被紫外線直接照射。

2 施工要求

粘貼碳纖維施工的具體要求有：

2.1 被加固構(gòu)件的基面應(yīng)平整且具有一定強(qiáng)度（一般基面混凝土強(qiáng)度不低于C15）。

2.2 加固用的碳纖維布一般不宜采取沿主纖維方向的搭接（特別是對(duì)受拉構(gòu)件和受彎構(gòu)件受拉區(qū)的加固）；搭接部位應(yīng)避開構(gòu)件應(yīng)力最大區(qū)段，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm，且搭接端部應(yīng)平整無翹曲；多層搭接的各層接口位置不應(yīng)在同一截面，每層接口位置的凈距宜大于200mm。

2.3 應(yīng)注意底涂膠、找平膠、粘貼主膠、罩面膠等膠粘劑間的相容性。

2.4 粘貼施工應(yīng)在氣溫高于5℃且為晴天時(shí)進(jìn)行。

2.5 施工人員應(yīng)穿工作服，戴防護(hù)口罩和手套；施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)保護(hù)良好的通風(fēng)。

3 施工要點(diǎn)

粘貼碳纖維加固法具體施工工藝有以下幾個(gè)方面：

3.1 施工前的準(zhǔn)備：熟悉施工現(xiàn)場(chǎng)和被加固構(gòu)件混凝土的實(shí)際情況，擬出施工大綱；提前準(zhǔn)備好所需的纖維布、配套樹脂、機(jī)具等工作。

3.2 混凝土表面的處理：用砂輪機(jī)清除和打磨混凝土表面的劣化層，鑿除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等部分混凝土，并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整；在裂縫部分注入環(huán)氧樹脂漿進(jìn)行修補(bǔ)；基面的錯(cuò)位與凸出部分要磨平（可在錨固加強(qiáng)區(qū)每隔5cm刻痕一道，以加強(qiáng)粘貼效果），轉(zhuǎn)角部位要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于2cm；清除工作面的灰塵并保持干燥。

3.3 清洗基面：用鋼絲刷刷去表面松散浮渣，再用壓縮空氣除去粉塵；用丙酮或無水酒精擦拭表面，也可用清水沖洗，保證其充分干燥。

3.4 配制底層樹脂并涂刷：按比例準(zhǔn)確配制好底膠并攪拌均勻，注意一次調(diào)和量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完（超過時(shí)間的絕不可使用，以確保粘接質(zhì)量；用毛刷或特制將底層樹脂均勻地涂抹在基面上，注意直橫均勻涂抹，自然風(fēng)干（冬季施工時(shí)膠的粘度較高，不能涂得太厚）；底膠硬化后，若表面有凸起部分，應(yīng)用砂紙或磨光機(jī)打光；待底膠指觸干燥后再進(jìn)行下一道工序。

3.5 配制找平材料并整平：用找平膠填補(bǔ)粘貼面上的凹陷部位，消除棱角；用找平材料將轉(zhuǎn)角處修復(fù)為光滑的圓弧；待找平膠指觸干燥后再進(jìn)行下一道工序。

3.6 配制粘結(jié)樹脂

3.7 粘貼碳纖維布（碳纖維片）：待粘貼面上劃出各層位置；按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)和作業(yè)空間確定下料長(zhǎng)度，若需接長(zhǎng)時(shí)，接頭的長(zhǎng)度一般不小于15cm；裁剪好的纖維布必須呈卷狀妥善擺放，不得展開平鋪放置；配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位；粘貼碳纖維布時(shí)，應(yīng)依設(shè)計(jì)位置由上而下，由左至右有秩序地粘貼，用一次性軟毛刷或特制滾筒沿纖維方向多次涂刷，擠去氣泡，并使浸漬樹脂充分浸透纖維布，涂刷時(shí)不得損傷纖維布；多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一層的粘貼；即時(shí)觀察貼片是否粘貼密實(shí)，若發(fā)現(xiàn)有間隙或氣泡，應(yīng)及時(shí)處理。

3.8 罩面防護(hù)處理：粘貼完碳纖維布后，即時(shí)在最后一層的碳纖維布表面再直橫均勻涂抹一層浸漬樹脂，并使其自然風(fēng)干；確保貼片表面已充分風(fēng)干結(jié)合后，在其表面涂抹罩面膠或采取其它措施處理，以保證防護(hù)材料與原有纖維布之間有可靠的粘結(jié)及其各層膠的耐久性。

4 優(yōu)缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)的加固方法相比，采用碳纖維布加固橋梁能最小程度的改變?cè)薪Y(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布，保證在設(shè)計(jì)荷載范圍內(nèi)與原結(jié)構(gòu)共同受力。

碳纖維布的自重僅為200－300g/m2，設(shè)計(jì)厚度為0.111～0.167mm，幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸，幾乎不改變橋下的凈空高度，而且碳纖維布可以在一個(gè)部位重疊粘貼，充分滿足補(bǔ)強(qiáng)的要求，這一點(diǎn)比傳統(tǒng)加固方式更加優(yōu)越。粘貼碳纖維加固法具有良好的適應(yīng)性，可適應(yīng)不同構(gòu)件形狀，成型很方便，如對(duì)斜、彎、坡及異型結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)，碳纖維布因隨型性極強(qiáng)，可以隨結(jié)構(gòu)外形變化任意施工，降低了施工難度，縮短了施工工期；又如當(dāng)箱梁內(nèi)部加固作業(yè)因空間受到限制，無法安置大型設(shè)備、模板、夾具或支撐等，使用該法，施工起來簡(jiǎn)單易行。加固時(shí)不必對(duì)原結(jié)構(gòu)打孔和埋設(shè)錨固螺栓，因而對(duì)原結(jié)構(gòu)不會(huì)造成新的損傷。粘貼碳纖維加固法具有良好的耐腐蝕性，壽命較長(zhǎng)，可以在不利環(huán)境下使用，并便于養(yǎng)護(hù)。碳纖維會(huì)影響到受彎構(gòu)件的破壞形態(tài)及其延性。

就目前來看，碳纖維材料價(jià)格偏高，加固時(shí)應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較；另外，粘貼碳纖維加固法對(duì)施工工藝要求很高，非專業(yè)施工單位難以承擔(dān)。

5 結(jié)語

綜上所述，粘貼碳纖維加固法是利用粘結(jié)劑將碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）粘貼在混凝土構(gòu)件表面，當(dāng)結(jié)構(gòu)荷載增加時(shí)，碳纖維布因與混凝土協(xié)調(diào)變形而共同受力，從而提高了混凝土構(gòu)件的承載能力與剛度，對(duì)橋梁起到了加固作用。該加固法采用了新材料、使用了新工藝，且粘貼效果良好，必將更廣泛地應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的加固之中。

[1]王俊嶺.粘貼碳纖維加固法在工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2004,(20)

[2]趙彤，謝劍,馬術(shù)嶺,羅振彪.碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固鋼筋混凝土板的研究與工程應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2002,(05).