表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿法在橋梁加固中的應(yīng)用

吳利芳

(山西省公路局呂梁分局，山西呂梁 033000)

1 概述

由于交通量增加速度較快，且大噸位車輛迅速增加，在一段時(shí)期內(nèi)，我市山區(qū)修建于二十世紀(jì)六七十年代鋼筋混凝土板橋出現(xiàn)病害較為嚴(yán)重。常見(jiàn)的典型病害有:板底開裂、鉸縫破損、板底滲水、結(jié)晶泛白、混凝土剝落、橋面鋪裝破損等。采用加固處理的方法有鉸縫壓漿、粘貼鋼板、粘碳纖維布等多種，最常用的是更換病害橋板，重新設(shè)置鉸縫鋼筋，鉸縫壓漿，重做橋面鋪裝。這些加固方法有的施工工期長(zhǎng)，須中斷交通或修建便道，造價(jià)較高;有的所采用的加固材料與鋼筋混凝土材料的溫縮模量存在較大差異，維修加固后的橋梁耐久性一直是亟待解決的問(wèn)題。本文主要介紹在大游底橋加固時(shí)采用的一種加固新工法，利用表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法(E-CFRP)對(duì)梁板進(jìn)行加固，效果良好。表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法是利用高強(qiáng)輕質(zhì)的碳纖維筋的表層植筋技術(shù)與聚合物砂漿噴射加固修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，對(duì)板橋進(jìn)行加固的有效方法。文中主要介紹:E-CFRP工法的技術(shù)要點(diǎn)、施工工藝流程、質(zhì)量控制措施、加固效果驗(yàn)證和結(jié)論，E-CFRP加固工法的明顯特點(diǎn)。

2 橋梁病害

大游底橋位于省道古吳線K49+547處，修建于1966年，上部為實(shí)心現(xiàn)澆板，橋跨結(jié)構(gòu)為3孔6.6 m，見(jiàn)圖1。該橋在長(zhǎng)期重載作用下，橋面鋪裝破損，多塊橋板沿主筋方向有縱向通縫，板底部分混凝土剝落，板底滲水，結(jié)晶泛白，縫寬2.2 mm～7.1 mm不等，見(jiàn)圖2，該橋經(jīng)檢測(cè)評(píng)定其技術(shù)狀況為4類橋，需進(jìn)行加固處理。

3 加固法的材料性能

本橋利用的材料主要是碳纖維筋和高強(qiáng)聚合物砂漿。

碳纖維筋材料性能為高強(qiáng)輕質(zhì)，其規(guī)格為φ6 mm。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得其最大抗拉強(qiáng)度為1 900 MPa，為普通鋼筋的7倍～10倍;彈性模量為123 000 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為0.012 mm/mm。

圖1 大游底橋全橋圖

圖2 板底縱向通縫

高強(qiáng)聚合物砂漿性能指標(biāo):抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于50.00 MPa，收縮性指標(biāo)不大于14.29 ×10－6，抗剪強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于11.24 MPa，粘結(jié)強(qiáng)度不小于 2.25 MPa，彈性模量不小于2.35 ×104MPa。

4 加固法的施工技術(shù)要點(diǎn)

加固采用的施工工藝是開槽植筋噴射聚合物砂漿施工工藝。首先在板底混凝土表面進(jìn)行開槽(槽口尺寸10 mm×10 mm)，用植筋膠填滿槽孔，再將碳纖維筋嵌入槽內(nèi)固定，形成植筋加固層。開槽工藝采用軌道式液壓升降鋸片自動(dòng)切縫設(shè)備，仰面切割開槽的深度、寬度可調(diào)。然后是噴射聚合物砂漿工藝。完成植筋后，利用噴漿技術(shù)將高強(qiáng)聚合物砂漿按設(shè)計(jì)厚度(通常20 mm～30 mm厚)修補(bǔ)板底表層混凝土，修補(bǔ)后其表面比原來(lái)要厚出10 mm左右。修補(bǔ)工藝先采用射水除去已受到腐蝕的表面混凝土，接著用高壓技術(shù)在板底進(jìn)行噴漿并找平，最后按規(guī)定養(yǎng)生。

5 橋梁加固的施工方法

1)裂縫處理。本橋加固前，先對(duì)橋梁板底混凝土表面裂縫進(jìn)行了處理。即跨中出現(xiàn)的7.0 m長(zhǎng)，2.5 mm～7.3 mm寬的縱向貫通縫采用環(huán)氧水泥漿進(jìn)行封閉處理，處理效果見(jiàn)圖3。如果裂縫寬度小于0.15 mm，也可采用壓力式化學(xué)注膠對(duì)裂縫進(jìn)行封閉。

2)表層內(nèi)嵌碳纖維筋。在嵌筋之前，要對(duì)板梁加固部位進(jìn)行鑿毛處理。清除原結(jié)構(gòu)表面的浮漿、鹽污、薄弱層，見(jiàn)到新的堅(jiān)硬面，其表面構(gòu)造深度應(yīng)不小于3.0 mm。混凝土表層內(nèi)嵌植筋施工步驟:a.對(duì)板底存在的裂縫、剝落露筋、蜂窩麻面等薄弱部位進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng);b.沿縱橋向按10.0 mm(寬)×10.0 mm(深)開槽;c.用風(fēng)機(jī)清凈植筋槽，在槽口中注滿植筋膠;d.用力壓入碳纖維筋，待植筋膠完全固化后，將溢出的植筋膠清除;e.固化養(yǎng)生，植筋膠固化前不得擾動(dòng)已植碳纖維筋，見(jiàn)圖4。

圖3 縱向裂縫封閉處理

圖4 板底開槽植筋

3)噴射高強(qiáng)聚合物砂漿。用15 MPa高壓水槍對(duì)混凝土表面進(jìn)行清洗，使梁體表面干濕度保持適中;用噴涂機(jī)或刷子對(duì)洗凈的結(jié)構(gòu)表面噴涂1遍～2遍強(qiáng)化劑，強(qiáng)化劑應(yīng)滲透至原結(jié)構(gòu)1.0 mm～2.0 mm;噴射高強(qiáng)聚合物砂漿，噴漿找平后厚度增加1.0 cm，見(jiàn)圖5;完成表面層噴射并初凝后，進(jìn)行表面提漿抹平收尾。

4)養(yǎng)生及防腐處理。噴射高強(qiáng)聚合物砂漿終凝后，使用液體成膜養(yǎng)護(hù)劑進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)生期間前7 d為濕養(yǎng)期，養(yǎng)生溫度控制在5℃～35℃，濕度控制在不小于50%;8 d～28 d階段為干養(yǎng)期，養(yǎng)護(hù)溫度控制在5℃以上。待砂漿強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%時(shí)，在砂漿表面涂抹兩次防腐材料，注意涂時(shí)方向要一致。選擇成膜養(yǎng)護(hù)劑時(shí)要注意，必須選擇成膜速度快、使用耐久性好的材料，在涂抹后2 h內(nèi)就能成膜且最少能保持一個(gè)月時(shí)間的材料。當(dāng)然砂漿的養(yǎng)護(hù)也可以采用傳統(tǒng)的噴水法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，這種方法比較傳統(tǒng)，濕度指標(biāo)不易控制。

6 橋梁加固過(guò)程的質(zhì)量控制

經(jīng)過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行加固，針對(duì)本橋采用的加固方法，總結(jié)出施工過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn):1)加固部位混凝土表面處理:須鑿除板底已腐蝕表面混凝土缺陷部分，直到露出混凝土粗骨料，鑿毛表面凹凸差不宜小于6 mm;2)植筋開槽:機(jī)械開槽的深度、寬度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，圓滑順直。槽內(nèi)清理徹底，干燥無(wú)塵。植筋膠性能符合設(shè)計(jì)要求，植筋槽內(nèi)植筋膠飽滿;3)碳纖維筋安裝:碳纖維筋數(shù)量和間距必須符合要求，且保證筋料安裝順直;4)噴漿表面平整度:噴射砂漿抹平后，表面平整度應(yīng)小于5.0 mm(用2 m直尺檢測(cè))。

圖5 噴射高強(qiáng)聚合物砂漿

圖6 加固效果圖

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法加固板梁橋的計(jì)算分析和工程實(shí)踐，得到以下結(jié)論:1)依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，對(duì)大游底橋的加固進(jìn)行荷載試驗(yàn)，得知撓度幅值降低30.4%，動(dòng)應(yīng)變幅值降低27.6%，說(shuō)明該橋經(jīng)過(guò)加固后，結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度均有所提升，其承載能力獲得提升，外觀修舊如新，達(dá)到加固目的，見(jiàn)圖6;2)表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法在不中斷交通條件下即可完成橋梁的加固，便于施工組織，施工方便，適用性強(qiáng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益明顯;3)采用表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法加固板梁橋，對(duì)鋼筋混凝土梁式橋抗彎加固具有較大潛力，在提高全橋整體剛度的同時(shí)，板梁承載能力提高25%左右，達(dá)到加固目的;4)表層內(nèi)嵌碳纖維筋噴漿加固法加固板梁橋，充分利用碳纖維筋高強(qiáng)輕質(zhì)材料特性提高結(jié)構(gòu)承載能力;并利用高強(qiáng)聚合物砂漿與混凝土溫縮一致性、聚合物砂漿的高強(qiáng)超薄性，修繕混凝土表面，達(dá)到高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐、耐久、經(jīng)濟(jì)、美觀等特性。

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