公路危舊橋梁碳纖維加固技術應用

殷科福

（貴州省綏陽公路管理段，貴州綏陽 563300）

0 引言

隨著我國的汽車保有量猛增，橋梁在通行能力和荷載能力的需求上會越來越大。特別是信息化技術的快速發展加快了信息的交換與獲取效率，同時也提高了商品的交易頻率，商品運輸的規模及數量都在不斷擴大，老舊橋梁在運輸能力與承載能力上將面臨更加嚴峻的考驗。由于老舊橋梁存在修建時間較早的普遍性，在承載能力以及施工質量上已經很難滿足交通壓力日益猛增的需求。所以，舊橋梁需要利用現代技術通過維修與加固措施對其通行和承載能力進行改造升級。在常規的橋梁加固方法中包括：碳纖維筋加固、表面粘貼碳纖維布加固以及施加預應力鋼絞線加固等主要加固方法。其中，碳纖維筋加固技術具有操作簡便、強度高、自重較輕等優勢，同時在加固中還具有不中斷交通、工期短、人工少、對原有結構物擾動小的特點，已經廣泛用于混凝土構造加固工程，形成了補強加固已有混凝土橋梁的新技術，在橋梁的結構補強及加固領域具有廣闊的應用前景[1]。

1 標準依據

碳纖維筋重量是鋼筋的1/4，且具有極好的比強度和比剛度、優秀耐腐蝕性。碳纖維筋彈性模量一般為180～240GPa，密度為1.6～2.0g/cm3，抗拉強度在1800～2400MPa，且耐高溫、腐蝕、在加工成型過程中便于附著其他物質的特性。碳纖維筋通過植筋膠可以與混凝土形成緊密結合的狀態，從而使混凝土的承載能力得到有效加強，為橋梁的承載能力以及穩固性提供重要保障。

2 工程概況

該橋梁位于貴州遵義市綏陽縣G243 線上，橋梁全長38.6m。該橋始建于2009年12月。橋面鋪裝采用瀝青混凝土鋪裝層。上部結構：2×16m 鋼筋混凝土簡支空心板。下部結構：橋臺采用框架式輕型橋臺，橋墩為雙柱框架式橋墩，基礎均為樁基礎。設計荷載：公路-Ⅰ級（據檢測報告）。橋面寬度：0.5m（護欄）+9.5m（行車道）+0.5m（護欄）。

圖1 橋立面布置示意圖

2.1 工程中主要病害

該橋已經使用了十多年之久，在長時間的高負荷和橋體混凝土效用流失的共同作用下，橋體顯現出裂縫的病害：1-1#梁底板存在整體網狀裂縫；2-1#梁存在大面積網狀裂縫；梁體共計11 條縱向裂縫；1-1#梁左右翼緣板存在整體銹脹露筋；梁體存在多處銹脹露筋；墊石存在7 處破損露筋；4 個支座脫空。空心板布置如圖2所示。

圖2 空心板布置立面示意（單位：cm）

2.2 加固處理方法

由于該橋空心板橫向裂縫較多，雖未超過限值，但應采取措施對其進行控制，避免裂縫進一步發展。故此次對全橋空心板底板采用碳纖維筋增大截面法進行維修處治。具體操作方式為：首先，按照設計圖紙在梁板上開槽后，使用吹風機將結構的雜物吹干凈，避免雜物影響材料連接，同時按照設計標準剪裁鋼筋以及纖維材料。其次，把鋼筋材料固定在膠槍結構位置上，而后向槽體緩慢地進行加壓，使其能夠有效與鋼筋結構材料連接在一起，同時還需要采用植筋膠進行包裹[2]。最后，在鑿毛完成之后，使用抹布對表面進行清理然后涂上聚合砂漿，具體操作見圖3表示。

圖3 內嵌碳纖維筋示意圖

2.3 施工工藝以及控制

2.3.1 開槽

在開槽階段結合設計方案的要求，先在開槽的平面上做好標記，根據施工標準確保開槽順直、平整，而后標記完成之后安排作業人員采用人工角膜的方式處理局部問題，確保開槽的質量達到制定規范。

2.3.2 內嵌碳纖維筋

在內嵌鋼纖維鋼筋之前，首先將表面存在的雜物進行全面處理，避免直筋以及鋼筋混凝土不能有效的連接。同時結合設計圖紙的標準要求，做好碳纖維鋼纖維尺寸的裁定，并且使用膠槍在指定的位置對其進行固定。一般來說在處理的階段，需要把檢查好的材料及時地放入鑲嵌槽孔內，然后安排工作人員進行表面加固，讓直筋能夠與材料鑲嵌在一起，在施工階段如果發現表面鋼筋鋪設不均勻，則需要采用人工處理的方式對其進行調節。

2.3.3 鑿毛清洗表面

在施工階段中需要對機械設備的壓強進行控制，使其能夠達到施工標準的需求，然后再進行噴射混凝土并根據標準做好鑿毛的處理。此外安排作業人員進行施工管控，發現質量問題及時處理。最后在進行涉水槽毛機調整的階段中，要確保它的壓力處于150bar 以內。

2.3.4 涂抹表面強化劑

（1）使用強化劑對表面進行涂刷，使其能夠和聚合物砂漿有效結合在一起。

（2）待混凝土表面風干后，需要采用刷子進行表面清理，保證表面結構具備整潔性。

2.3.5 噴涂高強聚合物砂漿

（1）施工階段需要做好砂漿厚度的控制，使其能夠符合設計標準要求，而后采用鋼泥刀進行磨墻確保表面結構平整度滿足既定標準需要。

（2）在施工環節，當聚合物砂漿處于10℃時，需要預留一定的養護時間；當施工溫度小于5℃，或在35℃以上需要停止施工[3-4]。

（3）通過使用噴涂機進行施工作業，在操作階段要控制好主機與噴涂設備間的距離，一般要控制在50cm 左右。同時為了能夠有效清除孔隙，提高黏結力，需要在先涂上一層5mm 的聚合物砂漿作為打底基礎，而后再進行噴涂施工。

2.4 碳纖維筋材料要求

2.4.1 碳纖維筋在運輸過程中，需進行包裝保護，以避免表面污染和抗滑移表層(石榴石層)脫落。

2.4.2 碳纖維筋宜堆置在倉庫(棚)內，露天堆置時，應墊高并加遮蓋防護。

2.4.3 碳纖維筋表面上的油漬、漆污、浮皮、雜物在使用之前應清除干凈。

2.4.4 抗滑移表層(石榴石層)有明顯脫落的碳纖維筋不得使用，少許污染的碳纖維筋應采用高壓清洗，檢查合格后方可使用[5]。

2.4.5 碳纖維筋應具有《產品質量合格證》和《試驗報告單》。抽取試樣進行力學性能試驗，碳纖維筋的技術指標見表1。

表1 碳纖維筋技術指標

3 碳纖維加固技術應用前景

在施工環節，進行補強作業加固之后的結構性能與原有結構的性能基本一致，達到了加固維修的效果，表明整體的加固能力得到了提升。

在不中斷交通背景下，碳纖維鋼筋混凝土噴漿技術的應用具備施工周期短、組織方便、適用性強等特點，能夠快速有效地完成橋梁加固作業，取得的社會經濟效益非常顯著，碳纖維加固技術屬于一種科學性經濟性的改造加固方案。

4 結語

該橋梁在完成碳纖維筋加固施工后，順利通過了動載和靜載驗收，目前已經平穩順利地運營了2年的時間，并且在回訪過程中獲悉，其碳纖維筋加固區域的狀況非常良好，完全符合當初的加固整改目標。這是一次成功的橋梁加固維護真實案例。對橋梁加固維修行業以及相關項目的實施具有寶貴的參考意義，增強了橋梁的維護效果，對橋梁的運營效益以及社會經濟效益都起到了極大的綜合提升作用。