粘贴碳纤维在桥梁裂缝修补中的运用

朱登霞

摘要：粘贴碳纤维对提高桥梁承载力具有很强的作用，本文对碳纤维本身优缺点和在加固中的工作机理进行了全面论述，并结合具体工程实践对粘贴碳纤维加固桥梁的具体施工工艺作了详细介绍，为工程技术人员提供了科学依据和技术支持。

关键词：碳纤维；桥梁；裂缝

1 前言

近年来，随着我国经济建设步伐的加快，高速公路建设得到飞速的发展，与此同时，公路桥梁开裂的情况日益增多，目前裂缝修补主要方法是压力注胶法，但由于以往裂缝注胶修补后，由于混凝土继续的收缩变形导致结构重新开裂，经考虑对裂缝进行压力灌浆之后通过在混凝土表面粘贴具有一定预拉力的碳纤维布，以在裂缝周边施加强压应力，保证混凝土不再开裂；本文通过某桥梁裂缝处理，全面介绍REINJECTOR注胶法及碳纤维加固在裂缝处理中的综合应用。

2 碳纤维特性

碳纤维具有高比强度、高比模量，耐疲劳和耐腐蚀等一系列优良性能，在桥梁工程中应用广泛，具有以下优点：

碳纤维布的自重仅为200-300g／m2，设计厚度为0.1l1-0.16mm，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎其微，因此，与其他加固方法相比，采用碳纤维布加固法不增加恒载和断面尺寸，不影响结构外观，不减小桥下净空。

该法施工简便，工期短，无需大型设备，不受空间限制，可以不中断桥面交通，且因碳纤维布的随型性极强的特点，可以适应不同构件的各种形状，成型方便。

加固时碳纤维布通过环氧树脂等粘结材料与原有构件有效粘结，不需设置锚栓及凿开混凝土等，不会损伤原构件。

由于碳纤维材料优异的物理力学性能，在对混凝土结构加固补强过程中可充分利用其高强度，高模量的特点来提高构件的承载力，改善其受力性能，达到高效加固的目的。

碳纤维布粘贴在混凝土表面，能有效封闭混凝土表面的裂缝，并能约束混凝土结构裂缝的生成与扩展。

碳纤维材料几乎无腐蚀性和磁性，并具有较好的耐热性，且其化学性质稳定，不会与酸、碱、盐等化学物质发生反应，具有良好的耐久性。

有良好的抗震性，它改善了原构件的裂缝形态，延缓和减轻了震动造成的破坏；

3 粘贴碳纤维法加固原理

将抗拉性能良好的碳纤维布加固受拉区，可与原结构内钢筋共同承受拉力，以提高旧桥承载力；

沿桥梁的主拉应力方向(或与裂缝正交方向)粘贴碳纤维布，两端分别设置锚固端，可约束混凝土表面裂缝、防止混凝土裂缝进一步扩展，从而达到提高构件抗弯刚度，减小构件挠度、改善梁体受力的目的；

碳纤维布加固混凝土构件，在提高其受弯承载力的同时还可能影响受弯构件的破坏形态。当碳纤维布用量过多时，构件的破坏形态将由碳纤维被拉断引起的破坏转变为混凝土被突然压碎破坏。与此同时。由于碳纤维为完全弹性的材料，它与钢筋的共同作用会减弱钢筋塑性性能对构件延性的影响。碳纤维布用的过多，构件的延性将有所降低。

碳纤维和混凝土具有相近的温度线膨胀系数，不会由于温度变化产生较大的温度内应力而破坏两者之间的粘结。

4 工程实践

工程简介：某高速公路K257+800桥梁，在近期发现第二孔梁下出现裂缝。该桥为主线下穿式立交桥，上构为10+2×16+IOm钢筋砼连续梁，桥墩为钢筋砼薄壁墩，明挖扩大基础；桥台为U型重力式桥台，明挖扩大基础。桥面净宽4.5m，设计荷载为汽车-20级，挂车一100。

工程地质：该桥地质概况：0～11米为褐黄色硬塑粘土，以下为全风化白云岩、强风化白云岩、弱风化白云岩。基础置于粘土中。设计要求地基承载力不小于230kpa，实测分别为：0#：301.6kpa；1#；2130.8kpa；2#；303.2kpa；3#；273.6kpa；4#；316.0kpa。

裂缝原因：2003年6月21日上午，建设、设计、监理、施工等单位对裂缝进行了分析讨论，认为该桥拆除钢管脚手架从第二孔开始，然后拆除其它孔径钢管脚手架，以致于由于桥梁体系转换，造成第二孔桥梁底板出现裂缝。

裂缝处理: 采用裂缝注入补强加固法，利用灌注器提供恒定低压以克服毛细现象，将专门适配的AB灌缝树脂注入裂缝中，使裂缝处混凝土断面粘合在一起，恢复其整体性并改善裂缝处的受载能力，同时封堵裂缝，使胶粘剂与混凝土保护层形成一个整体，以恢复其对钢筋的保护功能，避免接触腐蚀性介质而造成钢筋生锈。根据以往的经验，现场共14条裂缝中有13条可以灌注; 对细小裂缝，由于无法确保充分注入，应在缝口反复涂刷粘接剂以封闭。

裂缝注入的工艺流程：裂缝调查→裂缝观测→确定注入器的安设分布方案→清理裂缝→安装注入器底座→封闭裂缝→配制注入材料→自动注入→确认注满→拆除注入器及底座→修整裂缝口→进入后序工程

a.表层处理：清除裂缝表面的灰尘，油污。

b.确定注入口：一般按20～30cm的距离设、注入口，注入口的位置应尽量在裂缝较宽、开口较通畅的部位。

c.封闭裂缝：沿裂缝处认真钉设2-3Cm宽的临时封闭胶，并安装注胶底座。

d.安设自动压力灌浆器并注浆，注浆时间为5分钟左右，注满时一般封缝胶旁边有潮湿现象，那是注满后有少许浆渗出的缘故。

e.树脂固化后敲掉底座及堵头，清除表面封缝胶。

碳纤维工程施工：

a.桥梁底板砼表面用砂轮或砂布打磨干净，除去表面的浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面。

b.均匀涂刷底层树脂CFP(其作用是渗透至混凝土内部以提高混凝土和碳纤维之间的黏结)。

c.用整平材料CFE修复，填补箱梁基面上不平整及缺陷部位。

d.涂刷粘结树脂CFR，随后开始粘贴30型高强度碳钎维布。

e.在粘贴完碳纤维布后再涂刷一层CFR树脂。

f.粘贴碳纤维片后需要自然养护24小时达到初期固化，固化期间应保持不受干扰，达到设计强度所需要的自然养护周期为一周左右，此期间应防止贴片受到硬性冲击。

g.加固养护完成后，在加固碳纤维布上涂上与混凝土颜色一致的涂料

5 结语

工程实践证明，REINJECTOR压力注胶配以粘贴碳纤维布综合加固处理裂缝，施工便利，效果显著，值得同类工程借鉴。