碳纤维布应用于老桥板梁加固与维修技术的探讨

毕建军

摘要：近年来我国高速公路工程发展迅速，经多年运营的桥梁病害及承载能力降低也就相继而来。老桥拆除重建费用较高，因此老桥的加固与维修现也已提到新的日程。如何来保证高速公路工程桥梁的承载能力及安全服务是我们当前面临的需要不断改进的课题。本文重点介绍了沪陕高速江都至六合段规划2号路主线上跨桥碳纤维布加固板梁的原理、选择碳纤维加固的优势及施工工艺，并对重点工序的施工注意事项做了进一步说明。

关键字：碳纤维布；原理；优势；施工工艺；注意事项

中图分类号：U445.7+2 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: in recent years, China highway engineering development is rapid, after years of operation bridge diseases and carrying capacity is to reduce one. Old bridge demolish rebuild cost is higher, so the old bridge reinforcement and maintenance now has also mentioned new agenda. How to guarantee the highway engineering the bearing capacity of the bridge and the security service is we need to constantly improve now faces the task. This paper introduces the shanghai-shaanxi high-speed jiangdu to liuhe period of planning 2 road line across the bridge of carbon fibre reinforced plate beam principle, choose the advantage of carbon fiber reinforced and the construction technology, and to the key process of the construction of the note was further instructions.

Key word: carbon fiber cloth; Principle; Advantages; The construction technology; note

桥梁的生命周期都要经历建造、营运和老化三个阶段，虽然桥梁建设初期充分考虑了近、远期经济发展和社会的诸多需求，采用了当时最先进的技术和材料，但仍然难以摆脱历史的局限。随着科技的进步，车辆载重逐渐增大，车速相继提高，人们对行车的安全性和舒适性也提出了更高的要求。但早期建设的桥梁，荷载标准低，施工水平差，经过多年运营桥梁病害相继出现，因此旧桥加固和维修便成为一个急需解决的问题。

目前，世界上发达国家都投入了不小的人力和物力进行旧桥加固技术研究，在兴建新桥的同时，仍然十分重视旧桥的利用价值。我国现时期正在大力发展基础设施，资金需求量大，如果选择老桥拆除重建不仅需要大量资金，同时也有悖于我国桥梁建设的可持续发展。下面以邗江二标规划2号路主线上跨桥为例介绍碳纤维布在老桥板梁加固与维修中的应用。

1、 工程概况

江六高速邗江二标规划2号路主线上跨桥位于扬州市汊河镇境内，为3孔10+16+10m先张法预应力空心板简支梁桥，东西向跨越城市道路银柏路。本桥为原宁通高速公路项目跨线桥，历经年限已久。经检查该桥整体刚度较好，过重车时有轻微振动，支座、桥面及附属构造物未见明显病害，主要病害见下表：

编号 位置 病害描述

1 右幅1-5#梁 底板熏黑1处

2 梁体 混凝土破损2处

3 梁体 露筋锈蚀3处

4 左幅0#台 护坡沉降1处

5 第1、3跨边中、板，第2跨内边板 底面出现裂缝，承载能力不足

2、 加固措施及建议

对小型病害进行维修处理，对发生沉降的护坡进行空洞灌浆处理，对承载能力不足的空心板底部进行碳纤维布粘贴加固处理。

3、 碳纤维布加固原理及优势

碳纤维是一种新型材料，由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成。具有高强、轻质、耐腐蚀以及施工简便等优点而成为旧桥加固的理想材料。碳纤维布粘贴加固方法是按構件的不同受力特点，用粘结材料将碳纤维布粘贴于构件表面，使两者共同工作，从而实现对构件变形的约束并由此提高构件的承载能力的一种加固方法。 此种加固法在增强板梁抗弯刚度、增强板梁底面抗拉性能、减少板梁挠度和约束板梁底部及侧面混凝土裂缝扩展方面作用明显。

规划2号路主线上跨桥板梁加固选择此种方法主要是基于碳纤维布质轻、高强（约为普通钢材的10倍）、耐腐蚀、施工方便快捷的优势。此外，由于碳纤维布质轻且很薄，加工裁剪也方便，故碳纤维布拥有了随结构外形随意变化的特点。当所加固的结构部位外形比较复杂，碳纤维布就可发挥此种优势，解决这种疑难问题。碳纤维加固法是一种无损加固法。如果采用外包混凝土或者粘贴钢板加固，其施工难度会很大，造价也高，且这两种方法还会增加梁体自重并可能会对原结构造成进一步的损伤。总之，选择碳纤维加固法，降低了规划2号路主线上跨桥梁板加固造价，减小了施工难度，缩短了施工时间，也就降低了桥下银柏路半幅交通封闭时间，减小了此处施工的安全隐患。

4、 碳纤维加固施工工艺

4.1、施工材料及用具

主要材料：碳纤维底胶A、B组分，碳纤维浸渍液A、B组分，CS-300型碳纤维布（幅宽25cm、厚度0.167mm、抗拉强度标准值3500MPa）。

辅助用具：专用滚筒，刮板，毛刷，角向磨光机，剪刀，凿子，台秤，丙酮，支架。

4.2、施工流程

4.3、操作方法

4.3.1、板梁底砼基底处理

①将板梁底部混凝土表面的粉尘油污擦洗干净；将残缺、破损部位清除干净，用环氧砂浆填平；清除表面劣化层及尖锐凹凸的砼；检查有无外露钢筋及是否锈蚀，对锈蚀的钢筋进行除锈防腐处理，并用环氧砂浆填补露筋部位的空洞，保证钢筋保护层不小于15mm。②对板梁底部的横向裂缝进行修补。对于小于0.15mm宽的裂缝使用环氧树脂在表面反复涂抹封缝；对于大于0.15mm宽的裂缝进行灌浆封缝处理。

4.3.2、涂刷碳纤维底胶

①根据标准用量，算出所涂布面积的底层树脂用量，视现场气温等实际情况，确保在试用期内一次完成，按A组分：B组分为2：1的比例配胶，用电动搅拌器搅拌均匀。②用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需补强的砼表面，涂刷范围应不小于所需粘贴的碳纤维布范围。③待底胶凝胶至指触干燥（经验值一般为1小时左右）后，如发现表面有凸起毛刺，应用纱布打磨光顺，注意不要将底胶层打穿。如有打磨穿的局部应重复操作步骤。

4.3.3、修整找平层

碳纤维布只有与所加固补强的砼表面紧密接触才能产生良好的效果。但是砼表面的锐利突起物、错位和转角部位等都可能使碳纤维布产生损伤，并引起强度降低。而砼表面小的模板错位及砼气孔很难通过基底处理一道工序彻底清理。因此在所涂底胶指触干燥后（视气温情况，经验值一般为1小时左右），必须用找平胶进行找平。同时将矩形断面直角打磨后补成圆弧状。

4.3.4、涂刷碳纤维浸渍液（面胶）

①按A组分：B组分为2：1的比例配制面胶，用电动搅拌器搅拌均匀。②用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将面胶涂在已经涂刷底胶的砼表面，涂刷范围应不小于所需粘贴的碳纤维布设计范围。

4.3.5粘贴纤维布

①在前4道工序之前，按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，注意不要在幅宽方向进行裁剪。②涂刷碳纤维面胶的同时，随即把裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位。然后用专用棍子沿碳纤维布的受力方向来回滚压，挤出气泡。③待指触干燥后，再涂刷一层配制好的浸渍液，来回滚压使面胶充分渗入到碳纤维布中去。④待面胶指触干燥后，表面做一层保护层（防火涂料或水泥砂浆）。

4.3.6、养护

粘贴碳纤维布后，需自然养护24小时达到初期固化，初期固化前应免受外力硬性冲击等干扰。每道工序施工过程中及完工后，均應采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭。一般常温时，自然养护1-2周即可达到设计抗拉强度。

5、 碳纤维布施工质量控制及注意事项

5.1、为了保证使碳纤维布与混凝土表面充分粘结好，施工前必须保证将砼表面灰尘、油污清除干净。

5.2、涂刷底胶、面胶前务必对基底进行处理，修补蜂窝、麻面、空洞及混凝土松散或缺损的部位，并对锈蚀钢筋进行除锈、防锈处理。

5.3、底胶和面胶配胶时，要严格按照A：B组分2：1的设计比例进行配胶。

5.4、碳纤维布施工要在气温5℃以上、相对湿度RH<85%的情况下施工。气温低于5℃时可采用低温固化树脂或采取有效的升温措施。

5.5、碳纤维底胶和浸渍液的涂刷厚度应均匀，范围应大于碳纤维布的设计粘贴范围。此外要准确把握涂胶和贴纤维布等不同工序间的间隔时间和其它技术要求。

5.6、一般碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各纤维丝很难完成共同工作，但使用粘结剂后，各纤维丝却能很好的共同工作，大大的提高了纤维丝的抗拉强度。所以要使碳纤维布充分发挥其抗拉性能，要务必确保粘结剂底胶和面胶均匀、充分的浸渍到纤维布中去，来确保碳纤维布与混凝土的剪力传递。

5.7、碳纤维布为纵向抗拉，故要准确把握好碳纤维布的粘贴方向。需要搭接时要保证搭接长度在10cm以上，且此处应多涂刷粘结胶，横向不需要搭接。

5.8、碳纤维布为导电材料，使用时应远离电气设备和电源。同时，使用时应避免碳纤维布弯折断丝降低其抗拉性能。

6、结论

通过对规划2号路主线上跨桥板梁的碳纤维加固施工，深深地体会到碳纤维加固技术的优越性。碳纤维布裁剪方便，在支架遮挡处可以随意穿行，施工非常方便。该项施工，在确保安全的前提下仅使用了简单的支架搭设就完成了碳纤维布的粘贴。从开工到结束仅4天的时间就全部完成了264m2的碳纤维布粘贴，工程总费用仅约13万。另外，从2011年4月份加固后到现在，在梅雨季节高温、潮湿等恶劣天气的影响下未见一处被腐蚀，未见一处碳纤维布脱落、断丝或老化。碳纤维布与混凝土的粘结力度和剪力传递能力也很好，梁体承载能力明显增强。由此可见，碳纤维布加固桥梁技术的优势很明显，应用前景非常广泛。

参考文献：

[1]王英才等.公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）,人民交通出版社,2004.9.

[2]徐洪平.碳纤维布加固混凝土结构的原理与施工技术探讨.

[3] 沪陕国家高速公路江都至六合段邗江二标施工图设计.

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