碳纖維布在國道310線橋梁加固工程中的應用

張曉燕

(天水市麥積公路管理段，甘肅 天水741000)

近年來，隨著國民經濟的發展，交通量日益增加，超載車輛不斷出現等因素，使不少在役橋梁的正常使用功能和安全性能存在不同程度的隱患與缺陷，極大地威脅著廣大人民群眾的生命財產安全。因此，迫切需要對這些橋梁進行使用功能、承載能力及使用價值評價，并采取切實可行的加固措施，使其恢復正常營運。

本文主要以東岔連接線東岔舊橋的加固工程為例，闡述了東岔連接線東岔舊橋采用碳纖維材料加固橋梁工作原理及其技術工藝，以及積累的一些淺薄經驗，供同行參考。

1 橋梁概況

寶天高速公路東岔連接線舊橋位于G310舊線上，是G310線通往寶天高速公路東岔立交橋的一座重要橋梁，其結構為5-16.0米鋼筋混凝土工字梁微彎板組合橋，橋面凈寬：7.1m+2×1.0m人行道，橋梁設計荷載汽-15，掛-80，橋梁全長93.9m，建成于1986年10月。

2 病害狀況

（1）瀝青混凝土橋面鋪裝和鋼筋砼橋面鋪裝損壞。

（2）工字梁底面多處出現裂紋。

（3）微彎板出現多處滲水現象。

3 碳纖維的補強、加固原理

碳纖維布加固鋼筋混凝土抗彎構件，是通過將碳纖維布粘貼與構件的受拉區，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維布后，在構件受拉區混凝土開裂前，碳纖維布的應變很小，基本不發揮作用；在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同受力，應變增長迅速加快；而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現。

建筑結構加固中的碳纖維材料的力學性質是非常優良的，但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的每一個碳纖維絲都很難共同工作，當其承受了較大的承載負荷后，其中的應用力較高的碳纖維絲達到了最大工作強度，最后以至于被損壞。但是它們之間使用了黏結劑后，各個碳纖維絲都可以很好的來完成工作，可以共同的承擔給與的承載負荷，這樣既保證了每一個碳纖維絲的工作強度，而且也對其加固補強。值得注意的是，使用碳纖維進行加固是，具體粘貼層數要通過計算確定，考慮到各層的共同工作系數，抗疲勞的能力和避免脆性破壞，一般不宜超過5層，另外從受力性能角度而言，單層優于多層，窄幅優于寬幅；必要時縱向可以搭接，搭接長度不能小于100mm，而且要保證碳纖維端部有可靠的錨固，除計算要求外，還應有必要的構造措施。

4 設計規定

4.1 一般規定

在采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時，應通過相應的粘貼材料將碳纖維片材粘貼與構件表面，使碳纖維片材承受拉力，并與混凝土變形協調，共同受力。在梁、板構件的受拉區粘貼碳纖維片材進行受彎加固，碳纖維方向與加固處的受拉方向一致，采用封閉式粘貼、U型粘貼或側面粘貼對梁、柱構件進行受剪加固，碳纖維方向宜于構件軸向垂直；采用封閉式粘貼對柱進行抗震加固，碳纖維方向與柱軸向垂直。

4.2 一般構造要求

當碳纖維布沿其纖維方向需繞構件轉角粘貼時，構件轉角處外表面的曲率半徑不應小于20mm；碳纖維布沿纖維受力方向的搭接長度不應小于100mm，當采用多條或多層碳纖維布加固時，各條或各層碳纖維布的搭接位置宜相互錯開；為保證碳纖維布可靠地與混凝土共同工作，必要時應采取附加錨固措施。

5 加固施工工藝

5.1 裂縫灌注

5.1.1 工藝流程

裂縫的測量與記錄→裂縫表面處理→標注灌澆底座的位置→埋設灌漿嘴→封閉裂縫→密封檢查→配置灌漿用材料→灌漿→養護→表面清理

5.1.2 施工要點

1）裂縫的測量與記錄

（1）首先測量裂縫的位置、寬度、長度，并在施工圖紙上標出，做詳盡的裂縫現狀圖。

（2）裂縫之間可能并不相連，應進行充分地調查。

2）裂縫表面處理

（1）剔除縫口表面的松散雜物，用氣壓為0.2Mpa以上的壓縮空氣清除槽內浮塵。沿縫長范圍內用丙酮進行刷洗，擦清表面。

（2）用鋼絲刷將裂縫周圍，尤其是灌膠底座粘貼面周圍的油污清除干凈。用吹風機將裂縫處的灰塵洗凈、清除。

3）埋設灌漿嘴

沿裂縫布置灌膠底座，粘貼間距應為 20cm-30cm之間。

4）封縫

灌膠底座之間的裂縫用封縫膠完全封閉。封縫膠涂得太薄或太窄，均容易造成灌縫樹脂的泄露，因此，封縫膠的涂抹寬度為 2-3cm，厚度1mm并確保固化時間。

5）灌注裂縫（1）灌注材料

本工程采用低黏度高流動性的環氧樹脂液。

（2）灌注操作

將環氧液置入專用的注射筒內，再隔開安裝至底座加壓，直至環氧液充滿縫隙或從相鄰的灌漿嘴溢出。注意不可漏漿，注射筒內環氧液注完時立即換補。

6）檢查養護

待樹脂硬化后將底座敲除并修飾平整。

5.2 粘貼碳纖維布施工工藝

工藝流程：施工準備→混凝土表面處理→配制并涂刷底層樹脂→粘貼面找平處理→碳纖維布剪裁→涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂→粘貼碳纖維布→表面養護

基本施工步驟：

5.2.1 混凝土基底處理

（1）混凝土表面出現剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現象的部位應予以剔除。對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復；對表面凹陷部位應用找平膠找平。

（2）采用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，構件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀。

（3）風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。

5.2.2 涂底膠

（1）按配合比配置底膠。將主劑與固化劑先后置于容器中，用秤計量，電動攪拌器均勻攪拌。根據現場實際氣溫嚴格控制使用時間。

（2）將底膠均勻涂刷與混凝土表面，待膠固化后（固化時間視現場氣溫而定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。

（3）待底膠指觸干燥后，若表面有凸起部分時，要用磨光機或砂紙打磨。

5.2.3 修補找平層

（1）若發現粘貼表面有凹陷部位，應用找平膠進行修補。（2）待找平膠指觸干燥后進入下一道工序。

5.2.4 粘貼

（1）按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。

（2）調配、攪拌粘貼材料粘結劑（使用方法與底膠相同），然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴禁出現漏刷現象，特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。

（3）粘貼碳纖維布：在確定所粘貼部位無誤后，即可將碳纖維布展開、拉緊、平鋪在涂有浸漬樹脂的基面上，再用特制工具反復沿纖維方向液壓，排除單向布與浸漬樹脂間的空氣，使單向布完全浸漬于樹脂之中，要做到碳纖維布單向布平、直，中間無空穴、無氣泡。

（4）加固完全固化后即可根據設計要求，涂刷防護及裝飾外用面漆。

（5）碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于150mm。

檢查養護24小時。

碳纖維布與板底的粘結必須密實，有效粘結面積不得低于95%；當纖維布單個空鼓面積小于1000mm2時，用針管注膠的方式補救；當纖維布單個空鼓面積大于1000mm2時，將該處切除，重新搭接粘貼。

5.2.5 自然養護及注意事項

（1）每處施工完成后，自然養護24小時內應確保不受外力硬性沖擊，不受污染或雨水浸襲。

（2）施工宜在15-35攝氏度環境溫度下進行。

（3）因碳纖維布為導電材料，使用時要注意防火。

6 結語

粘貼碳纖維布結構加固技術是一種新型的加固技術，進行結構加固補強，解決了工程急需的技術難題，通過加固工程實踐證明，在加固工程中，采用粘貼碳纖維布進行結構加固，工期、質量、造價均得到了優化，結構受力合理，達到了安全、可靠、經濟、適用的目的，所以，碳纖維補強加固技術作為一種技術含量高的建筑物補強加固方法，具有很高研究，推廣價值和社會經濟效益。

［1］黃興棣，田煒.建筑物鑒定加固也曾層改造[M].北京：中國建筑出版社，2008，11.

［2］袁海軍，姜紅.建筑結構檢測鑒定與加固手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2003，12.