淺談碳纖維在橋梁加固中的應用

摘要：通過工程實例簡述了碳纖維布在橋梁維修加固的應用，并敘述了碳纖維布施工工序及質量控制要點。

關鍵詞：碳纖維 加固 橋梁

一、概述

利用碳纖維材料抗疲勞能力和彈性變形能力強、耐久性好、抗拉強度出色，自重小的特點，在城市橋梁結構修復中運用越來越廣泛。通過樹脂類材料作為粘結劑，將高強度的碳纖維布粘貼在橋梁結構表面，使得碳纖維布與結構形成一個復合的整體，從而達到改善橋梁結構構件的力學性能。

二、工程實例：九溪石橋維修加固工程

九溪石橋位于杭州市西湖九溪景區，全橋為石質結構，上部結構采用條石梁與鋼筋混凝土板（鋼筋混凝土板位于橋面鋪裝與條石主梁夾層位置，厚度30CM）、下部結構為石砌式橋臺和橋墩，全長20.2米，跨徑為5M+6.2M+5M+4M，寬4.8米，橋面采用瀝青混凝土鋪裝。經專業檢測機構檢測，此橋身石材風化嚴重，其中2#跨和3#跨共5根石板梁完全斷裂，使橋的承載能力大大降低，結構比較危險。鋼筋混凝土橋板破損嚴重，發生大面積的露筋露骨現象?；炷粱貜椥拚禐?0.5MPa～26.9MPa。墩臺砌石也嚴重風化、并發生破損錯位，基礎被沖擊淘空，發生不均勻沉降。此橋直接定為D級。

（一）維修方案

方案概述：主要對原橋梁石板進行碳纖維加固，在石板底部滿張貼2層碳纖維。對于下部結構維修加固，對于被沖刷的基礎進行重新填充。

1）上部結構加固：針對橋梁石板底部出現多處裂縫，采用張貼碳纖維的方式對其進行加固保護。限制石板繼續開裂，可以一定程度提高橋梁的承載能力和使用性能。

1.1）粘貼梁底碳纖維

碳纖維布的安全性能指標應符合表1的要求：浸漬、粘結碳纖維布的膠粘劑必須采用專門配制的改性環氧樹脂膠粘劑，其安全性級指標必須符合表2的要求，且施工中不得使用不飽聚酯樹脂和醇酸樹脂；底膠和修補膠應與浸漬、粘結膠粘劑相適配，其安全性能指標應符合表3～4的要求。

張貼碳纖維前裂縫必須處理：縫寬<0.15MM的環氧樹脂涂抹封閉，縫寬>=0.15MM必須用環氧樹脂灌縫。

1） 施工工序：

（1） 基層處理：用砂輪機或磨光機將石條凹凸表層除去，表面的凸出部分要用角向砂輪磨平，構件轉角處應打磨半徑大于2CM的光滑圓孤。打磨結束后，用吹風機或毛刷將表面粉塵除去，直至表面干凈。

（2） 涂刷底層涂料：按比例將稱量好的底層涂料的主劑與固化劑放入容器內均勻攪拌。一次調和量在可使用時間內用完，超過可使用時間不能再用。嚴禁在涂料中添加溶劑，含有溶劑的毛刷或用溶劑濕潤了的滾筒不得使用。用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料，養護3小時至1天時間，以指觸干燥為準。底層涂料固化后，在表面上有凸起部分時，要用砂紙磨光。磨光后若露出石條有面，應再補涂底層涂料。當氣溫在5℃以下、相對濕度RH>85%，石板表面含水率在8%以上，不能施工，要了解施工部位的溫度、濕度，根據其變化選擇適當的涂料。

（3） 表面修補：配置環氧膩子時，按規定的主劑與固化劑的比例進行配料，且一次調和量在可使用時間內用完，表面凹陷部位要用環氧膩子補平，刮貼環氧膩子要密實，表面順滑無隆起或凹陷、無劃痕，膩子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙紋，再用砂紙打磨平整。

（4） 粘貼碳纖維布：用刀片按規定的尺寸裁切碳纖維布，確認施工面的底層涂料、環氧膩子指觸干燥。粘結樹脂的主劑和固化劑經稱量按規定的比例裝入容器，攪拌均勻地涂抹粘結樹脂（下涂層），修正不良的地主要多涂一些。按照設計要求將纖維布貼好，盡量使纖維布和樹脂之間不要有空氣。為了使空氣從纖維布下逸出，可用專用工具——羅拉沿纖維方向多滾壓幾次。第一層纖維布施工養護一定時間（根據干燥程度）按相同方法張貼第二層碳纖維。

纖維布施工30分鐘（根據干燥程度）后，用滾筒刷涂抹粘結樹脂（上涂層）。上涂時滾筒刷沿纖維方向移動，不得將已貼好的纖維布卷起。上涂后3小時至4天，進行固化后的空鼓檢查處理。對于直徑在10MM以上30MM以下的空鼓，每平方米少于10個可以認為合格；若每平方米在10個以上，則認為不合格，需要進行補修。對于直徑在30MM以上的空鼓，只要出現，即認為不合格，需要進行補修。

（5） 養護：粘貼碳纖維布后，需自然養護24小時達到初期固化期間不受干擾。當樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時，采用有效的升溫措施，保證環境溫度不低于5℃。貼片達到設計強度所需的自然養護時間：當平均氣溫在10℃以下時，需要14天；當平均氣溫在10℃以上20℃以下時，需要7～14天；當平均氣溫在20℃以上時，需要7天。在此期間應防止貼片受到硬性沖擊。

2） 質量評定方法：

（1） 基本要求：碳纖維片材和粘貼用結構膠的各項技術要求符合國家現行標準規定和設計要求。

（2） 實測項目：表5

（3） 外觀鑒定

A ：表面平整無殘留雜物。

B：上涂滾刷要注意均勻性。

C：對于直徑在10MM以上30MM以下的空鼓，每平方米少于10個可認為合格；若每平方米在10個以上，則認為不合格，需進行修補；對于直徑在30MM以上的空鼓，只要出現，即認定不合格，需要進行修補。涂裝符合合同規定或業主要求及相應的施工驗收規定。

2）下部結構維修加固：對于掏空部位檢查基礎沒有問題之后，填入碎石混凝土，充實空洞部分，保證基體的穩定性和承載力?；A頂至河床澆筑一層30CM漿砌塊石鋪砌，防止再次沖刷。對于墩身、臺身缺失，破損面積較大部分使用同材質石塊補齊。

三、結束語

城市橋梁隨著使用年限的增加及日益增長的交通壓力，橋梁的維修加固也越來越多。粘貼碳纖維布加固法工藝簡單，無需大型設備、模板、夾具等，操作簡單易行，施工工期短造價低，同時因不改變結構外觀，在景區橋梁加固中尤為適用。