淺談碳纖維在橋梁加固中的應(yīng)用

摘要：通過工程實(shí)例簡述了碳纖維布在橋梁維修加固的應(yīng)用，并敘述了碳纖維布施工工序及質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)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(qiáng)、耐久性好、抗拉強(qiáng)度出色，自重小的特點(diǎn)，在城市橋梁結(jié)構(gòu)修復(fù)中運(yùn)用越來越廣泛。通過樹脂類材料作為粘結(jié)劑，將高強(qiáng)度的碳纖維布粘貼在橋梁結(jié)構(gòu)表面，使得碳纖維布與結(jié)構(gòu)形成一個(gè)復(fù)合的整體，從而達(dá)到改善橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能。

二、工程實(shí)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(qū)，全橋?yàn)槭|(zhì)結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jīng)專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)檢測，此橋身石材風(fēng)化嚴(yán)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(jié)構(gòu)比較危險(xiǎn)。鋼筋混凝土橋板破損嚴(yán)重，發(fā)生大面積的露筋露骨現(xiàn)象。混凝土回彈修正值為20.5MPa～26.9MPa。墩臺砌石也嚴(yán)重風(fēng)化、并發(fā)生破損錯(cuò)位，基礎(chǔ)被沖擊淘空，發(fā)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(jìn)行碳纖維加固，在石板底部滿張貼2層碳纖維。對于下部結(jié)構(gòu)維修加固，對于被沖刷的基礎(chǔ)進(jìn)行重新填充。

1）上部結(jié)構(gòu)加固：針對橋梁石板底部出現(xiàn)多處裂縫，采用張貼碳纖維的方式對其進(jìn)行加固保護(hù)。限制石板繼續(xù)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(biāo)應(yīng)符合表1的要求：浸漬、粘結(jié)碳纖維布的膠粘劑必須采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，其安全性級指標(biāo)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(bǔ)膠應(yīng)與浸漬、粘結(jié)膠粘劑相適配，其安全性能指標(biāo)應(yīng)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(huán)氧樹脂涂抹封閉，縫寬>=0.15MM必須用環(huán)氧樹脂灌縫。

1） 施工工序：

（1） 基層處理：用砂輪機(jī)或磨光機(jī)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(gòu)件轉(zhuǎn)角處應(yīng)打磨半徑大于2CM的光滑圓孤。打磨結(jié)束后，用吹風(fēng)機(jī)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(nèi)均勻攪拌。一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過可使用時(shí)間不能再用。嚴(yán)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(yǎng)護(hù)3小時(shí)至1天時(shí)間，以指觸干燥為準(zhǔn)。底層涂料固化后，在表面上有凸起部分時(shí)，要用砂紙磨光。磨光后若露出石條有面，應(yīng)再補(bǔ)涂底層涂料。當(dāng)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(jù)其變化選擇適當(dāng)?shù)耐苛稀?/p>

（3） 表面修補(bǔ)：配置環(huán)氧膩?zhàn)訒r(shí)，按規(guī)定的主劑與固化劑的比例進(jìn)行配料，且一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完，表面凹陷部位要用環(huán)氧膩?zhàn)友a(bǔ)平，刮貼環(huán)氧膩?zhàn)右軐?shí)，表面順滑無隆起或凹陷、無劃痕，膩?zhàn)油抗魏螅砻嫒源嬖诘陌纪共诩y，再用砂紙打磨平整。

（4） 粘貼碳纖維布：用刀片按規(guī)定的尺寸裁切碳纖維布，確認(rèn)施工面的底層涂料、環(huán)氧膩?zhàn)又赣|干燥。粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑經(jīng)稱量按規(guī)定的比例裝入容器，攪拌均勻地涂抹粘結(jié)樹脂（下涂層），修正不良的地主要多涂一些。按照設(shè)計(jì)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(yǎng)護(hù)一定時(shí)間（根據(jù)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(jù)干燥程度）后，用滾筒刷涂抹粘結(jié)樹脂（上涂層）。上涂時(shí)滾筒刷沿纖維方向移動(dòng)，不得將已貼好的纖維布卷起。上涂后3小時(shí)至4天，進(jìn)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(gè)可以認(rèn)為合格；若每平方米在10個(gè)以上，則認(rèn)為不合格，需要進(jìn)行補(bǔ)修。對于直徑在30MM以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)為不合格，需要進(jìn)行補(bǔ)修。

（5） 養(yǎng)護(hù)：粘貼碳纖維布后，需自然養(yǎng)護(hù)24小時(shí)達(dá)到初期固化期間不受干擾。當(dāng)樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時(shí)，采用有效的升溫措施，保證環(huán)境溫度不低于5℃。貼片達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需的自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間：當(dāng)平均氣溫在10℃以下時(shí)，需要14天；當(dāng)平均氣溫在10℃以上20℃以下時(shí)，需要7～14天；當(dāng)平均氣溫在20℃以上時(shí)，需要7天。在此期間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。

2） 質(zhì)量評定方法：

（1） 基本要求：碳纖維片材和粘貼用結(jié)構(gòu)膠的各項(xiàng)技術(shù)要求符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

（2） 實(shí)測項(xiàng)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(gè)可認(rèn)為合格；若每平方米在10個(gè)以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行修補(bǔ)；對于直徑在30MM以上的空鼓，只要出現(xiàn)，即認(rèn)定不合格，需要進(jìn)行修補(bǔ)。涂裝符合合同規(guī)定或業(yè)主要求及相應(yīng)的施工驗(yàn)收規(guī)定。

2）下部結(jié)構(gòu)維修加固：對于掏空部位檢查基礎(chǔ)沒有問題之后，填入碎石混凝土，充實(shí)空洞部分，保證基體的穩(wěn)定性和承載力。基礎(chǔ)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(zhì)石塊補(bǔ)齊。

三、結(jié)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(shè)備、模板、夾具等，操作簡單易行，施工工期短造價(jià)低，同時(shí)因不改變結(jié)構(gòu)外觀，在景區(qū)橋梁加固中尤為適用。