表層內嵌碳纖維筋噴漿法在橋梁加固中的應用

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，在一段時期內，我市山區修建于二十世紀六七十年代鋼筋混凝土板橋出現病害較為嚴重。常見的典型病害有:板底開裂、鉸縫破損、板底滲水、結晶泛白、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，須中斷交通或修建便道，造價較高;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題。本文主要介紹在大游底橋加固時采用的一種加固新工法，利用表層內嵌碳纖維筋噴漿加固法(E-CFRP)對梁板進行加固，效果良好。表層內嵌碳纖維筋噴漿加固法是利用高強輕質的碳纖維筋的表層植筋技術與聚合物砂漿噴射加固修復技術相結合，對板橋進行加固的有效方法。文中主要介紹:E-CFRP工法的技術要點、施工工藝流程、質量控制措施、加固效果驗證和結論，E-CFRP加固工法的明顯特點。

2 橋梁病害

大游底橋位于省道古吳線K49+547處，修建于1966年，上部為實心現澆板，橋跨結構為3孔6.6 m，見圖1。該橋在長期重載作用下，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，結晶泛白，縫寬2.2 mm～7.1 mm不等，見圖2，該橋經檢測評定其技術狀況為4類橋，需進行加固處理。

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聚合物砂漿。

碳纖維筋材料性能為高強輕質，其規格為φ6 mm。經過實驗測得其最大抗拉強度為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

高強聚合物砂漿性能指標:抗壓強度標準值不小于50.00 MPa，收縮性指標不大于14.29 ×10－6，抗剪強度標準值不小于11.24 MPa，粘結強度不小于 2.25 MPa，彈性模量不小于2.35 ×104MPa。

4 加固法的施工技術要點

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切縫設備，仰面切割開槽的深度、寬度可調。然后是噴射聚合物砂漿工藝。完成植筋后，利用噴漿技術將高強聚合物砂漿按設計厚度(通常20 mm～30 mm厚)修補板底表層混凝土，修補后其表面比原來要厚出10 mm左右。修補工藝先采用射水除去已受到腐蝕的表面混凝土，接著用高壓技術在板底進行噴漿并找平，最后按規定養生。

5 橋梁加固的施工方法

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

2)表層內嵌碳纖維筋。在嵌筋之前，要對板梁加固部位進行鑿毛處理。清除原結構表面的浮漿、鹽污、薄弱層，見到新的堅硬面，其表面構造深度應不小于3.0 mm。混凝土表層內嵌植筋施工步驟:a.對板底存在的裂縫、剝落露筋、蜂窩麻面等薄弱部位進行局部補強;b.沿縱橋向按10.0 mm(寬)×10.0 mm(深)開槽;c.用風機清凈植筋槽，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.固化養生，植筋膠固化前不得擾動已植碳纖維筋，見圖4。

圖3 縱向裂縫封閉處理

圖4 板底開槽植筋

3)噴射高強聚合物砂漿。用15 MPa高壓水槍對混凝土表面進行清洗，使梁體表面干濕度保持適中;用噴涂機或刷子對洗凈的結構表面噴涂1遍～2遍強化劑，強化劑應滲透至原結構1.0 mm～2.0 mm;噴射高強聚合物砂漿，噴漿找平后厚度增加1.0 cm，見圖5;完成表面層噴射并初凝后，進行表面提漿抹平收尾。

4)養生及防腐處理。噴射高強聚合物砂漿終凝后，使用液體成膜養護劑進行養護。養生期間前7 d為濕養期，養生溫度控制在5℃～35℃，濕度控制在不小于50%;8 d～28 d階段為干養期，養護溫度控制在5℃以上。待砂漿強度達到設計強度的70%時，在砂漿表面涂抹兩次防腐材料，注意涂時方向要一致。選擇成膜養護劑時要注意，必須選擇成膜速度快、使用耐久性好的材料，在涂抹后2 h內就能成膜且最少能保持一個月時間的材料。當然砂漿的養護也可以采用傳統的噴水法進行養護，這種方法比較傳統，濕度指標不易控制。

6 橋梁加固過程的質量控制

經過對該橋進行加固，針對本橋采用的加固方法，總結出施工過程中的質量控制要點: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:機械開槽的深度、寬度應符合設計要求，圓滑順直。槽內清理徹底，干燥無塵。植筋膠性能符合設計要求，植筋槽內植筋膠飽滿;3)碳纖維筋安裝:碳纖維筋數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，表面平整度應小于5.0 mm(用2 m直尺檢測)。

圖5 噴射高強聚合物砂漿

圖6 加固效果圖

7 結語

本文通過對表層內嵌碳纖維筋噴漿加固法加固板梁橋的計算分析和工程實踐，得到以下結論:1)依據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》的相關規定，對大游底橋的加固進行荷載試驗，得知撓度幅值降低30.4%，動應變幅值降低27.6%，說明該橋經過加固后，結構剛度和強度均有所提升，其承載能力獲得提升，外觀修舊如新，達到加固目的，見圖6;2)表層內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，社會經濟效益明顯;3)采用表層內嵌碳纖維筋噴漿加固法加固板梁橋，對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，板梁承載能力提高25%左右，達到加固目的;4)表層內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輕質材料特性提高結構承載能力;并利用高強聚合物砂漿與混凝土溫縮一致性、聚合物砂漿的高強超薄性，修繕混凝土表面，達到高強、輕質、耐腐、耐久、經濟、美觀等特性。

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