粘貼碳纖維布及鋼板加固技術在橋梁中的應用

黃 龍

(湖南強邦土木技術有限公司，湖南 長沙 410000)

1 工程概況

H大橋位于黃河大橋的南部接線上，在1989年建成，屬于簡支板梁橋，樁號為K670+720，跨徑在3～10 m之間，交角為120°，總長度為34.04 m，橋面的總寬度為23.0 m，高度為3.5 m，護欄尺寸為2×0.5 m，橋體的上方采用預應力混凝土空心板，下方采用四柱式墩臺與鉆孔灌注樁。近年來，在橋梁質量檢測中發現1#與2#墩蓋梁存在安全隱患，已經對橋體的正常使用構成威脅，經過安全等級評定該橋為“危橋”，主要病害為：1#中墩蓋梁底面混凝土過于松散、保護層面腐蝕嚴重，出現明顯的腐蝕與剝落，梁底主筋與箍筋暴露出來，且有嚴重的腐蝕痕跡；2#中墩蓋梁的側面存在起皮、剝落等情況，且混凝土不密實、箍筋裸露于外，出現嚴重的銹蝕情況，針對鋼筋銹蝕情況進行檢測，結構顯示，梁底主筋截面已經銹蝕50%左右，箍筋界面已經銹蝕約70%。

2 設計方案

針對橋梁中存在的上述病害，經討論決定按照原本結構設計，采用粘貼碳纖維布與鋼板的方式進行加固處理，主要的設計方案如下：在梁底受拉區加固中，采用混凝土結構修補膠對截面進行補強，以此消除梁表面的病害；對于梁底主筋銹蝕情況，將JGN-TD底膠涂抹在梁底，再利用面膠粘貼三層型號為CXC-300型的碳纖維布，達到加固補強的效果；

在梁體懸臂端加固中，由于臂長較長，且受拉區的主筋無法滿足當前荷載要求，因此可利用粘鋼結構膠，將型號為7000×300×300 mm的鋼板進行粘貼，使其得到加固補強；在梁體橫斷面加固中，根據箍筋銹蝕情況，在梁底涂刷JGN-TD底膠后，沿著梁體的長度采用碳纖維布U型箍條進行加固，為了提高箍條的粘貼效果，還可在受拉區頂部粘貼一層CXC-300型號的碳纖維布壓條；

在鋼板植筋加固中，在設計位置利用φ12鋼筋將其加工成緊固螺栓，先用機械成孔，再用型號為JGN-Z植筋結構膠粘牢，孔徑為16 mm，栽植的深度為150 mm。在罩面防護中，為了避免膠體因長期處于潮濕環境下對鋼板造成侵蝕，當碳纖維布與鋼板粘貼完畢后，應在鋼板、碳纖維布與螺栓的外面涂抹JGN-TM面膠，經過自然風干后，在蓋梁表面涂抹一層厚度在20 mm左右的水泥砂漿防護層，使罩面得到有效防護。

3 施工工藝

3.1 粘貼碳纖維布

針對H大橋中蓋梁加固工程，采用粘貼碳纖維布的方式來完成。

(1)在施工前準備中，應認真閱讀施工圖以及相關文件，按照施工現場實際情況，擬定切實可行的施工與組織方案，準備好碳纖維布、機具以及膠結材料，對原材料的力學性能進行實驗，確保其與工程需求相符合，起到最大的加固效果；

(2)在基底處理中，利用角磨機對構件轉角基面進行打磨，使轉角處成為半徑超過20 mm的圓弧，利用空氣壓縮機對構件表面進行修正，并將雜物清理干凈，保持干燥；

(3)在底膠配置與涂抹中，按照說明書對JGN-TD底膠進行配比，使其數值稱量準確，并攪拌均勻，底膠現用現配，每次配置量不應超過1 000 g，在配置完畢后最好在30 min內用完；在使用中利用毛刷將底膠均勻的涂抹在構件表面，待其干燥后，才可開展后續工作；

(4)在面膠配置與涂抹中，按照說明書對JGN-TM面膠進行配比，使其數值稱量準確，并攪拌均勻，底膠現用現配，每次配置量不應超過1 000 g，在配置完畢后最好在30 min內用完；在使用中利用毛刷將面膠均勻的涂抹在裁剪完畢的碳纖維布表面，并在拐角、搭接等位置適當多涂抹一些面膠；

(5)在碳纖維布粘貼時，將布料拉緊對齊后粘貼，順著相同的方向用刮板反復按壓，將氣泡排出，直至膠料滲出，再對面膠進行涂刮，使面膠均勻的滲透碳纖維布；如若需要搭接，則長度應控制在200 mm以上，在多層布料同時粘貼時，不得在相同位置重復搭接，且要等到纖維布外表膠液干燥后再進行下層粘貼；在粘貼碳纖維布U型箍時，首先在鋼板底部利用結構膠制成斜度超過1∶2的斜坡，確保U型箍與鋼板緊緊的固定在一起，在二者相交位置，將螺栓的平墊、螺絲帽等拆除，在U型箍上開孔，將開孔套入螺栓中，使U型箍與鋼板貼緊后，再將平墊、螺絲帽按好并擰緊；

(6)對碳纖維布的粘貼程度進行檢查，一旦發現存在縫隙或氣泡，應用針管將面膠注入其中，再沿著相同的方向進行刮壓，使其粘貼得更加密實；待檢查合格后，先在纖維布的表面涂抹兩層結構膠，再均勻的灑上小石子，石子的粒徑不超過10 mm，在自然環境下風干；5 d后在蓋梁表面涂抹水泥砂漿，厚度在20 mm左右即可，確保罩面得到有效防護。

3.2 粘貼鋼板技術

針對H大橋中蓋梁加固工程，采用粘貼鋼板的方式來完成。

(1)做好鋼板與混凝土的表面處理工作，確保構件表面完好，如若表面較臟，可采用硬毛刷配合高效洗滌劑，將表面油污、雜物進行沖洗，再對粘合面進行打磨，去除2～3 mm的表層直至露出新面，如若表面不是特別臟，可直接打磨粘合面，去除1～2 mm即可，在自然風干后利用丙酮擦拭表面即可；如若鋼板表面存在銹跡，則利用磨光機進行打磨，直至表面光澤，打磨紋路應垂直度鋼板受力方向，再涂抹丙酮后，使表面恢復潔凈；

(2)植入緊固螺栓。根據設計位置，利用鉆孔機械對鋼板進行打孔；在粘貼表面準確的標記出鋼板孔徑的位置，根據設計的孔徑與深度要求，利用沖擊鉆成孔，在完畢后利用空壓機將雜物吹凈，并確保孔深、直徑符合標準后，臨時封閉孔口；以設計尺寸為參考，截取適當的螺紋鋼筋，一端利用車床套絲，并配置平墊、螺絲帽等，使其成為專業的緊固螺栓，將表面的油污去除，再次清理孔內碎屑后將GJZ-Z植筋錨固結構膠填充其中，當孔內有少量膠體溢出時停止填充，植入的螺栓應與粘合面呈垂直狀態，在植入后6h內不可干擾，一旦出現較大擾動，則需要重新植入；

(3)在配置和涂敷膠結劑時，粘鋼結構包括兩個組份，分別為甲和乙，在使用時將這兩個組分按照規定要求進行配比融合，將其放置到干凈的容器中，沿著順時針方向攪拌，最大限度減少空氣混入產生氣泡，當色澤均勻后停止攪拌，按照粘貼實際需求合理配置膠體量；在配置完畢后，將其均勻的涂抹到處理完畢的鋼板與構件上，厚度在1～3 mm左右，膠層應中間厚、邊緣薄；

(4)在粘貼與固定鋼板時，將鋼板放置在設計位置，均勻擠壓后用皮錘由中間朝著外側邊緣均勻敲打，提高粘接的緊密度；在粘貼完畢后，將平墊、彈簧墊等安裝到緊固螺栓上，并將螺帽擰緊，緊固順序應是從鋼板的中間向兩側進行，利用粘鋼結構膠在常溫狀態下固化，3 d后才可投入使用；

(5)對鋼板粘貼質量進行檢查，如若發現粘貼鋼板與構件之間密實度不足，則需要進行注膠處理，確保鋼板與混凝土連接為整體，且共同受力；在檢查合格后，首先用結構膠均勻的涂抹在鋼板與螺栓的表面，再均勻的灑上小石子，石子的粒徑不超過10 mm，在自然環境下風干；5 d后在蓋梁表面涂抹水泥砂漿，厚度在20 mm左右即可，確保罩面得到有效防護。

3.3 橋梁加固后實驗結果

通過靜載實驗的方式對H大橋的加固效果進行分析，在實驗過程中，橋梁測點的應變基本相同，這意味著橫向對稱荷載中蓋梁具有較強的受力特性，具體的實驗結果如表1所示。

表1 橋梁加固后實測值與理論值對比

從上表中數值可知，撓度實測值小于理論數值，卸載后橋體的殘余變形量較小，說明加固后橋梁的剛度與規定要求充分符合，同時也證實了粘貼碳纖維布與鋼板加固技術的作用與優勢，使H大橋在1#與2#中蓋梁、梁底等方面存在的諸多病害得到有效處理，最終獲得理想的加固效果。