碳纖維布加固舊橋施工技術(shù)

石全中

摘要：本文介紹了采用碳纖維加固某舊橋的施工方法，達(dá)到了對(duì)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的預(yù)期目的。

關(guān)鍵詞：碳纖維布加固施工技術(shù)

碳纖維布具有高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量、質(zhì)量輕、厚度薄、耐腐蝕性能好、使用方便等重點(diǎn)，所以碳纖維布加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是新興的一種加固技術(shù)。該技術(shù)是利用樹脂類材料將碳纖維布粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面，使碳纖維布與混凝土形成一個(gè)復(fù)合性整體，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。碳纖維布加固技術(shù)具有施工便捷、用途廣泛、不改變結(jié)構(gòu)形狀及重量等特點(diǎn)，有很大的研究推廣價(jià)值。

1工程概況

某高速公路第八設(shè)計(jì)段有120多萬(wàn)土石方要從設(shè)計(jì)的3號(hào)取土場(chǎng)取料進(jìn)行路基填筑，該填筑路段走向與附近蜿蜒的頭道花園河基本一致，與3號(hào)取土場(chǎng)隔河相望，僅一縣道以4-20m鋼筋混凝土T梁跨河通過(guò)。頭道花園河河床主要是巨粒卵石和大孤石，雨季和冰融季節(jié)水流量大而急，每秒達(dá)300m3以上，修建便橋難度特別大。但該舊橋是于80年代修建，上、下部結(jié)構(gòu)均采用的是C25混凝土；設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20、掛-100級(jí)，人群荷載3.0KN/m2，設(shè)計(jì)抗震烈度為6度。通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該橋病害較多，主要集中在橋面開裂、破損嚴(yán)重， T梁跨中截面出現(xiàn)豎向受力裂縫，1/4跨處出現(xiàn)彎剪裂縫等。結(jié)構(gòu)承載力基本滿足設(shè)計(jì)要求，但安全儲(chǔ)備不是很足，安全系數(shù)偏低。而附近高速公路施工期間經(jīng)過(guò)該橋多為重載車且車流量大。經(jīng)過(guò)比選，決定采取加固該舊橋的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)跨河至3號(hào)取土場(chǎng)取料。

2加固方案及施工工藝

具體加固方案為：一是將原橋面整體化層及鋪裝層整體鑿除，然后植筋，按要求一次性加厚施工橋面整體化層，替代了原橋水泥混凝土整體化屋及瀝青混凝土橋面鋪裝；二是用改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行裂縫處理及用碳纖維布加固梁體。碳纖維布加固方法，在T梁底粘貼與梁同寬的通長(zhǎng)碳纖維布條2層，并在端部5m范圍內(nèi)按20cm間距粘貼100mm寬單層碳纖維布“U”形箍，以便更好的將梁底碳纖維布加以固定及增大端部抗剪強(qiáng)度。在翼緣根部，粘貼一層碳纖維布?jí)簵l。

2.1裂縫處理

（1）表面清理

用打磨機(jī)將混凝土表面污物及浮漿清理干凈，直至露出密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)縫寬小于0.2mm的，用改性環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；對(duì)大于0.2mm的裂縫用改性環(huán)氧樹脂灌縫修補(bǔ)。

（2）安裝底座

在梁的兩側(cè)裂縫處各安裝兩個(gè)硅酮橡膠灌漿底座，并用專用底座粘貼膠進(jìn)行固定，兩個(gè)灌漿底座的間距約200mm。

（3）裂縫密封

用封縫膠將整條裂縫及可能漏膠的部位進(jìn)行表面密封，并等待封縫膠的硬化。

（4）灌注改性環(huán)氧樹脂

將裝好低粘度改性環(huán)氧樹脂灌縫膠的專用注射筒安裝至底座上，并加壓灌注，直至灌滿為止。灌注過(guò)程應(yīng)連續(xù)施工，注意不可產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象。

（5）拆除底座

待所灌注的改性環(huán)氧樹脂硬化后，將橡膠底座拆除，并將表面用打磨機(jī)打磨平整。

2.2碳纖維布加固工藝

碳纖維布施工工藝流程見(jiàn)圖一。

圖一 工藝流程圖

（1）表面處理

混凝土表面如出現(xiàn)的表面脫落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位應(yīng)予以剔除，對(duì)較大面積的劣質(zhì)層，在剔除后用水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。將混凝土的表面用混凝土角磨機(jī)處理整平，除去表面松散物、塵埃、油脂等雜物，凸出部位要磨平，轉(zhuǎn)角部位要倒成不小于20mm的圓角。用吹風(fēng)機(jī)或吸塵器將混凝土表面清理干凈并保持干燥。用脫脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水現(xiàn)象要作止水、導(dǎo)水等處理，被加固結(jié)構(gòu)表面處理的好壞直接影響加固質(zhì)量。

（2）涂刷底膠

把底層樹脂的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入專用容器內(nèi)。先稱量主劑，然后加入固化促進(jìn)劑，攪拌均勻，1~3分鐘后再加入固化劑，并用攪拌器攪拌均勻；一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間（約30~40分鐘）內(nèi)用完。用專用滾筒刷將底層樹脂均勻的涂刷于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥（樹脂表面達(dá)到固化硬結(jié)）后，表面上的凸起部分（類似結(jié)露的露珠狀）要有砂紙或角磨機(jī)磨平。

（3）修補(bǔ)找平

用配制的環(huán)氧膩?zhàn)訉⒔Y(jié)構(gòu)表面凹陷部位填平，并修復(fù)至表面平整、順滑，無(wú)楞角。轉(zhuǎn)角處也應(yīng)修復(fù)為光滑的圓弧。膩?zhàn)油抗魏?，表面存在的凹凸糙紋，應(yīng)用砂紙打磨平整。

（4）粘貼碳纖維布

首先，裁剪碳纖維布。根據(jù)要求裁好所需尺寸，并保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位方向一致。嚴(yán)禁斜向裁切碳纖維布，防止出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象。裁剪后的碳纖維布卷成卷狀，防止褶皺、彎折。然后，配制浸漬膠液。按規(guī)定的比例準(zhǔn)確稱量浸漬膠液的主劑和固化劑，裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次配制膠量要以可使用時(shí)間（約50~60分鐘）內(nèi)施工所需量為限。最后，粘貼碳纖維布。粘貼前應(yīng)對(duì)粘貼面再次擦拭，確保無(wú)粉塵后，將浸漬膠液均勻地涂抹于所要粘貼的部位。涂刷時(shí)，必須做到“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”的要求，即：穩(wěn)，涂刷用力適度，盡量不流不墜不掉；準(zhǔn)，在粘貼部位準(zhǔn)確進(jìn)行涂刷，滿刷且不出控制線；勻，涂刷范圍內(nèi)薄厚均勻一致。粘貼碳纖維布時(shí)，同樣要“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”，使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。滾壓碳纖維布時(shí)，必須用特制的滾筒從一端向另一端多次進(jìn)行滾壓，擠除氣泡，不宜在一個(gè)部位反復(fù)滾壓揉搓，滾壓中應(yīng)讓浸漬膠液充分滲透碳纖維布，以達(dá)到脫泡、浸潤(rùn)的效果。需要搭接時(shí)，沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不小于100mm，并保證搭接部位的膠液浸漬質(zhì)量。隨著結(jié)構(gòu)膠粘劑反應(yīng)使粘度增高固化（碳纖維表面指觸感干燥為宜），再涂第二層時(shí)就可達(dá)到良好效果，多層粘貼重復(fù)以上步聚，在最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬膠。

（5）養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維布后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，特別是在其固化時(shí)要防雨淋、防風(fēng)砂等，嚴(yán)格不受外界干擾和碰撞，養(yǎng)護(hù)期約一周。

（6）檢驗(yàn)

施工質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：

a、碳纖維布片粘貼位置的中心線允許偏差不大于10mm，采用鋼尺測(cè)量全部；

b、碳纖維布片粘貼量不小于設(shè)計(jì)數(shù)量，根據(jù)測(cè)量計(jì)算全部；

c、粘貼質(zhì)量：?jiǎn)蝹€(gè)空鼓面積小于1000mm2時(shí)采用充膠修復(fù)，不小于1000mm2時(shí)采用割除修補(bǔ)；空鼓面積之和與總粘貼面積之比小于5%，錘擊法全部或抽樣檢查；

d、粘接質(zhì)量不符合要求需割除修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)沿空鼓邊沿，將空鼓部分的碳纖維布割除，用每邊向外緣擴(kuò)展100mm大小的同樣碳纖維布，用同樣粘結(jié)劑，補(bǔ)貼在原處。

3施工注意事項(xiàng)

（1）固化劑中含有有機(jī)過(guò)氧化物，應(yīng)使用玻璃、鋁、不銹鋼等材料的容器，避免使用鐵、銅等制品。底膠和膩?zhàn)拥墓袒瘎┡c浸漬膠液的固化劑不同，使用時(shí)應(yīng)分清用途，不得用錯(cuò)。

（2）所有材料的計(jì)量必須使用計(jì)量精度為±1g的計(jì)量器，混合的順序是：先計(jì)量樹脂，然后添加固化促進(jìn)劑攪拌1~3分鐘，再后添加固化劑攪拌1~3分鐘，嚴(yán)禁同時(shí)添加固化劑和固化促進(jìn)劑進(jìn)行混合。

（3）樹脂的混合量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完，特別是在進(jìn)行浸漬膠液的施工時(shí)，應(yīng)考慮浸漬時(shí)間再?zèng)Q定混合量。樹脂凝化時(shí)間一超過(guò)，就會(huì)發(fā)生急劇的固化，不能再進(jìn)行重復(fù)使用，為保證施工質(zhì)量，一般可使用時(shí)間控制在比凝化時(shí)間短10分鐘左右。主劑、固化劑混合后，嚴(yán)格遵守可使用時(shí)間，一旦出現(xiàn)凝化的前兆應(yīng)立即停止使用。

（4）碳纖維布只有與所加固修補(bǔ)的混凝土表面緊密接觸，才可能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。需加固部位表面的銳利突起物或楞角，都可能使碳纖維布產(chǎn)生操作而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。因此，粘貼碳纖維布前，一定要檢查需加固部位表面是否平整，否則應(yīng)進(jìn)行打磨，平整度保持在1mm以內(nèi)。

（5）碳纖維布在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中不得受擠壓，以免碳纖維受損，膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲(chǔ)存。保管碳纖維布時(shí)，應(yīng)避免日光直射及雨水、灰塵等的侵襲。碳纖維布裁剪后應(yīng)卷成小卷，防止褶皺。

（6）由于碳纖維為導(dǎo)電材料，施工時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源，或采取相應(yīng)的防護(hù)措施。粘結(jié)劑的配制應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行，其操作環(huán)境及施工現(xiàn)場(chǎng)均需保持良好的通風(fēng)。施工人員應(yīng)戴防護(hù)面罩、手套并著工作服。

（7）各種材料不得污染生活水源。廢棄物應(yīng)按環(huán)保要求集中處理，不得直接傾倒大自然或下水道。

4總結(jié)

利用碳纖維布加固技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)后，該橋經(jīng)歷了施工期間高頻率重載車的考驗(yàn)，正常使用至今，未出現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象。

該補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)操作簡(jiǎn)便、施工快捷。補(bǔ)強(qiáng)后，不改變結(jié)構(gòu)外形，不增加結(jié)構(gòu)體積和重量，與傳統(tǒng)的加固方法相比，具有明顯的優(yōu)越性。隨著有關(guān)科研的開展，工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用也將會(huì)更加廣闊。

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。