應用碳纖維復合材料對橋梁裂縫補強

摘 要:位于國道202線的黃河水庫橋由于承載力不足，梁體產生裂縫。通過粘貼碳纖維的方法加固改造，使其能夠繼續使用，本文介紹碳纖維布加固的技術特點和施工工藝。

關鍵詞:碳纖維環氧樹脂橋梁裂縫加固補修

中圖分類號:TU746文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0063-01

隨著交通量的大幅度增長，車輛載重日益增加，已建成投入使用的混凝土橋梁中有一部分因滿足不了承載能力和使用性能上的要求，混凝土表面產生裂縫等問題，但在這些橋梁中絕大部分是可以通過加固改造的方法繼續使用的。當前結構加固的方法有很多種，由于碳纖維具有高強度、模量大、耐腐蝕，對人畜無害等特點，在加固補強橋梁結構中的應用日益廣泛。下面以位于國道202線的黃河水庫橋梁體加固為例，對碳纖維加固技術進行論述。

1 工藝原理及特點

碳纖維加固技術是利用碳素纖維和專用結構膠對橋梁構件進行加固修補處理，是一種新型的結構加固技術，采用專門配制的樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于橋梁混凝土構件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體并共同工作，從而起到對結構及構件加固補強的作用。該技術所的碳素纖維布抗拉強度是普通Ⅱ級鋼筋的10倍以左右，具有重量輕，易粘貼，質量易于保證等優點，厚度僅2mm左右，不會增加結構自重及截面尺寸。其技術可應用于橋梁、柱、板、臺身的加固，特別適用于各類曲面結構，可有效封閉混凝土結構的裂縫，延長橋梁的使用壽命，具有良好的耐久性能。

2 主要材料及性能

碳纖維加固技術中所使用的材料主要是碳纖維和環氧樹脂。其中碳纖維產品根據原料及生產方式的不同，主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維(高強度型)和瀝青基碳纖維(高彈性型)。僅依靠碳纖維片本身并不能充分發揮其強大的力學特性及優越的耐久性能，只有通過環氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作，才能達到加固補強的目的。因此，環氧樹脂的性能也是重要的關鍵之一。

環氧樹脂因類型不同又分為環氧粘結樹脂、底涂樹脂等，其性能也不近相同，適用于各個部位的不同要求。例如粘貼碳纖維片的環氧粘貼樹脂易于透過碳纖維片，有很強的粘結力;底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內一定深度。

碳纖維加固就是以碳纖維片為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成單向或雙向排列的碳纖維復合片材。

3 碳纖維加固施工工藝

3.1 施工準備

(1)施工前應認真閱讀施工圖設計，按設計文件在加固部位放線定位。

(2)應根據施工現場和被加固構件混凝土的實際情況，擬訂施工方案和施工計劃。

(3)應對所使用的碳纖維片材、配套樹脂、機具等做好施工前的準備工作。

3.2 混凝土表面處理

(1)應清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。

(2)被加固構件表面打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質，直至完全露出混凝土結構新面。轉角粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應小于20mm。并用修復材料將表面修復平整。

(3)應按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。

(4)表面打磨后，應用強力吹風器或吸塵器將表面粉塵徹底清除，并保持干燥。

3.3 配制并涂刷底層樹脂

(1)應按產品生產廠家提供的工藝規定配制底層樹脂。

(2)應采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。宜在底層樹脂表面指觸干燥后，盡快進行下一工序的施工。

3.4 粘貼面找平處理

(1)應按產品生產廠家提供的工藝規定配制找平材料。

(2)混凝土表面修補應選用丙酮將表面浮塵擦去，有凹陷處，應使用修補膠找平有段差或轉角部位，應抹成平滑曲面。

(3)轉角處應采用找平材料修理成為光滑的圓弧，半徑不應小于20mm。

(4)用刀頭寬度≥100mm的刮刀對凹坑實施填塞修補、找平，找平程度按眼觀目測無明顯的刮板或刮刀痕跡紋路平滑為準。

(5)宜在找平材料表面指觸干燥后，盡快進行下一工序的施工。

3.5 碳纖維布剪裁

(1)按設計規定尺寸剪裁碳纖維布，切記必須滿足設計尺寸，嚴禁斜切碳纖維布，并防出現拉絲現象。

(2)保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位的方向一致。

(3)剪裁成型的碳纖維注意保護潔凈不受污染。

3.6 配制并涂刷粘貼樹脂

(1)配制粘結劑前應仔細閱讀其使用說明書。

(2)按粘貼面積確定每次用量，以防失效浪費。

(3)嚴格按重量比計量使用配制。

(4)按廠家配合比和工藝要求進行配制，且應有專人負責。攪拌應順時針一個方向攪拌，直至顏色均勻，無氣泡產生，并應防止灰塵等雜質混入。

(5)調制好的粘結劑應抓緊使用。

3.7 粘貼碳纖維布

(1)粘貼碳纖維前應對混凝土表面再次擦試，確保粘貼面無粉塵。

(2)混凝土表面涂刷結構膠，必須做到涂刷穩、準、勻的要求，即:穩，刷涂用力適度，盡量不流不墜不掉;準，涂刷不出控制線;勻，涂刷范圍內薄厚較一致。

(3)碳纖維布粘貼時，同樣要穩、準、勻，核心要求做到放卷用力適度，使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。

(4)滾壓碳纖維布必須從一端向另一端滾壓，不宜在一個部位反復滾壓揉搓，滾壓中讓膠滲透纖維布，做到浸潤飽滿。碳纖維布需要搭接時，必須滿足規范要求≥100mm。

(5)多層粘貼時，應在碳纖維布表面指觸干燥后立即進行下一層的粘貼。如超過40分鐘，則應等12小時后，再行涂刷粘結劑粘貼一層。

3.8 表面防護

當需要做表面防護時，應按有關規范的規定處理，以保證防護材料與碳纖維之間粘貼可靠。

4 注意事項及建議

(1)碳纖維應粘貼于梁體受拉區下緣，如需貼于梁側面時，宜限于1/4梁高的范圍，對側面的碳纖維面積應乘以折減系數。

(2)在橋橋上的加固，需要粘貼至梁腋處。

(3)碳纖維粘貼層數不宜超過五層。對多層碳纖維應考慮共同工作系數的折減，碳纖維層數過多將導致混凝土結構的脆性破壞。碳纖維的分條粘貼加固效果優于整幅粘貼。

(4)碳纖維粘貼應有可靠的錨固，錨固長度應通過計算決定，必要時可另加錨固設施。

(5)纖維布互相銜接的部位采取重疊結構，重疊部分長度不小于10cm。

5 結語

工程實踐證明，碳纖維加固技術對于橋梁裂縫的補強加固效果十分理想，在基本不增加梁體自重及截面尺寸的前提下，該項技術在施工工期、材料耐久性、施工質量等方面均達到了技術要求，其綜合經濟效益和社會效益良好，具有較為廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]仲崇輝，張惠榮.粘貼碳纖維在橋梁裂縫修補中的運用[J].科技創新導報，2008，17:66.

[2]張軍營.粘貼碳纖維板工藝在混凝土橋梁加固工程中的應用[J].科技創新導報，2008，5:60.