碳纖維布加固舊橋施工技術

石全中

摘要：本文介紹了采用碳纖維加固某舊橋的施工方法，達到了對結構補強加固及改善受力性能的預期目的。

關鍵詞：碳纖維布加固施工技術

碳纖維布具有高抗拉強度、高彈性模量、質量輕、厚度薄、耐腐蝕性能好、使用方便等重點，所以碳纖維布加固鋼筋混凝土結構是新興的一種加固技術。該技術是利用樹脂類材料將碳纖維布粘貼于結構或構件表面，使碳纖維布與混凝土形成一個復合性整體，提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力，達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。碳纖維布加固技術具有施工便捷、用途廣泛、不改變結構形狀及重量等特點，有很大的研究推廣價值。

1工程概況

某高速公路第八設計段有120多萬土石方要從設計的3號取土場取料進行路基填筑，該填筑路段走向與附近蜿蜒的頭道花園河基本一致，與3號取土場隔河相望，僅一縣道以4-20m鋼筋混凝土T梁跨河通過。頭道花園河河床主要是巨粒卵石和大孤石，雨季和冰融季節水流量大而急，每秒達300m3以上，修建便橋難度特別大。但該舊橋是于80年代修建，上、下部結構均采用的是C25混凝土；設計荷載標準為汽-20、掛-100級，人群荷載3.0KN/m2，設計抗震烈度為6度。通過對該橋進行現場檢查、檢測，發現該橋病害較多，主要集中在橋面開裂、破損嚴重， T梁跨中截面出現豎向受力裂縫，1/4跨處出現彎剪裂縫等。結構承載力基本滿足設計要求，但安全儲備不是很足，安全系數偏低。而附近高速公路施工期間經過該橋多為重載車且車流量大。經過比選，決定采取加固該舊橋的方案來實現跨河至3號取土場取料。

2加固方案及施工工藝

具體加固方案為：一是將原橋面整體化層及鋪裝層整體鑿除，然后植筋，按要求一次性加厚施工橋面整體化層，替代了原橋水泥混凝土整體化屋及瀝青混凝土橋面鋪裝；二是用改性環氧樹脂進行裂縫處理及用碳纖維布加固梁體。碳纖維布加固方法，在T梁底粘貼與梁同寬的通長碳纖維布條2層，并在端部5m范圍內按20cm間距粘貼100mm寬單層碳纖維布“U”形箍，以便更好的將梁底碳纖維布加以固定及增大端部抗剪強度。在翼緣根部，粘貼一層碳纖維布壓條。

2.1裂縫處理

（1）表面清理

用打磨機將混凝土表面污物及浮漿清理干凈，直至露出密實的混凝土結構。對縫寬小于0.2mm的，用改性環氧樹脂進行表面涂刷密封；對大于0.2mm的裂縫用改性環氧樹脂灌縫修補。

（2）安裝底座

在梁的兩側裂縫處各安裝兩個硅酮橡膠灌漿底座，并用專用底座粘貼膠進行固定，兩個灌漿底座的間距約200mm。

（3）裂縫密封

用封縫膠將整條裂縫及可能漏膠的部位進行表面密封，并等待封縫膠的硬化。

（4）灌注改性環氧樹脂

將裝好低粘度改性環氧樹脂灌縫膠的專用注射筒安裝至底座上，并加壓灌注，直至灌滿為止。灌注過程應連續施工，注意不可產生漏漿現象。

（5）拆除底座

待所灌注的改性環氧樹脂硬化后，將橡膠底座拆除，并將表面用打磨機打磨平整。

2.2碳纖維布加固工藝

碳纖維布施工工藝流程見圖一。

圖一 工藝流程圖

（1）表面處理

混凝土表面如出現的表面脫落、蜂窩、腐蝕等劣化現象部位應予以剔除，對較大面積的劣質層，在剔除后用水泥砂漿進行修復。將混凝土的表面用混凝土角磨機處理整平，除去表面松散物、塵埃、油脂等雜物，凸出部位要磨平，轉角部位要倒成不小于20mm的圓角。用吹風機或吸塵器將混凝土表面清理干凈并保持干燥。用脫脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水現象要作止水、導水等處理，被加固結構表面處理的好壞直接影響加固質量。

（2）涂刷底膠

把底層樹脂的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放入專用容器內。先稱量主劑，然后加入固化促進劑，攪拌均勻，1~3分鐘后再加入固化劑，并用攪拌器攪拌均勻；一次調和量應在可使用時間（約30~40分鐘）內用完。用專用滾筒刷將底層樹脂均勻的涂刷于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥（樹脂表面達到固化硬結）后，表面上的凸起部分（類似結露的露珠狀）要有砂紙或角磨機磨平。

（3）修補找平

用配制的環氧膩子將結構表面凹陷部位填平，并修復至表面平整、順滑，無楞角。轉角處也應修復為光滑的圓弧。膩子涂刮后，表面存在的凹凸糙紋，應用砂紙打磨平整。

（4）粘貼碳纖維布

首先，裁剪碳纖維布。根據要求裁好所需尺寸，并保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位方向一致。嚴禁斜向裁切碳纖維布，防止出現拉絲現象。裁剪后的碳纖維布卷成卷狀，防止褶皺、彎折。然后，配制浸漬膠液。按規定的比例準確稱量浸漬膠液的主劑和固化劑，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次配制膠量要以可使用時間（約50~60分鐘）內施工所需量為限。最后，粘貼碳纖維布。粘貼前應對粘貼面再次擦拭，確保無粉塵后，將浸漬膠液均勻地涂抹于所要粘貼的部位。涂刷時，必須做到“穩、準、勻”的要求，即：穩，涂刷用力適度，盡量不流不墜不掉；準，在粘貼部位準確進行涂刷，滿刷且不出控制線；勻，涂刷范圍內薄厚均勻一致。粘貼碳纖維布時，同樣要“穩、準、勻”，使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。滾壓碳纖維布時，必須用特制的滾筒從一端向另一端多次進行滾壓，擠除氣泡，不宜在一個部位反復滾壓揉搓，滾壓中應讓浸漬膠液充分滲透碳纖維布，以達到脫泡、浸潤的效果。需要搭接時，沿纖維方向的搭接長度不小于100mm，并保證搭接部位的膠液浸漬質量。隨著結構膠粘劑反應使粘度增高固化（碳纖維表面指觸感干燥為宜），再涂第二層時就可達到良好效果，多層粘貼重復以上步聚，在最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬膠。

（5）養護

粘貼碳纖維布后應進行養護，特別是在其固化時要防雨淋、防風砂等，嚴格不受外界干擾和碰撞，養護期約一周。

（6）檢驗

施工質量檢驗及驗收標準：

a、碳纖維布片粘貼位置的中心線允許偏差不大于10mm，采用鋼尺測量全部；

b、碳纖維布片粘貼量不小于設計數量，根據測量計算全部；

c、粘貼質量：單個空鼓面積小于1000mm2時采用充膠修復，不小于1000mm2時采用割除修補；空鼓面積之和與總粘貼面積之比小于5%，錘擊法全部或抽樣檢查；

d、粘接質量不符合要求需割除修補時，應沿空鼓邊沿，將空鼓部分的碳纖維布割除，用每邊向外緣擴展100mm大小的同樣碳纖維布，用同樣粘結劑，補貼在原處。

3施工注意事項

（1）固化劑中含有有機過氧化物，應使用玻璃、鋁、不銹鋼等材料的容器，避免使用鐵、銅等制品。底膠和膩子的固化劑與浸漬膠液的固化劑不同，使用時應分清用途，不得用錯。

（2）所有材料的計量必須使用計量精度為±1g的計量器，混合的順序是：先計量樹脂，然后添加固化促進劑攪拌1~3分鐘，再后添加固化劑攪拌1~3分鐘，嚴禁同時添加固化劑和固化促進劑進行混合。

（3）樹脂的混合量應在可使用時間內用完，特別是在進行浸漬膠液的施工時，應考慮浸漬時間再決定混合量。樹脂凝化時間一超過，就會發生急劇的固化，不能再進行重復使用，為保證施工質量，一般可使用時間控制在比凝化時間短10分鐘左右。主劑、固化劑混合后，嚴格遵守可使用時間，一旦出現凝化的前兆應立即停止使用。

（4）碳纖維布只有與所加固修補的混凝土表面緊密接觸，才可能產生良好的補強效果。需加固部位表面的銳利突起物或楞角，都可能使碳纖維布產生操作而導致強度降低。因此，粘貼碳纖維布前，一定要檢查需加固部位表面是否平整，否則應進行打磨，平整度保持在1mm以內。

（5）碳纖維布在運輸、儲存過程中不得受擠壓，以免碳纖維受損，膠結材料應陰涼密閉儲存。保管碳纖維布時，應避免日光直射及雨水、灰塵等的侵襲。碳纖維布裁剪后應卷成小卷，防止褶皺。

（6）由于碳纖維為導電材料，施工時應遠離電氣設備及電源，或采取相應的防護措施。粘結劑的配制應室內進行，其操作環境及施工現場均需保持良好的通風。施工人員應戴防護面罩、手套并著工作服。

（7）各種材料不得污染生活水源。廢棄物應按環保要求集中處理，不得直接傾倒大自然或下水道。

4總結

利用碳纖維布加固技術補強后，該橋經歷了施工期間高頻率重載車的考驗，正常使用至今，未出現任何異常現象。

該補強技術操作簡便、施工快捷。補強后，不改變結構外形，不增加結構體積和重量，與傳統的加固方法相比，具有明顯的優越性。隨著有關科研的開展，工程實踐經驗的積累，這項技術的應用也將會更加廣闊。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。