碳纤维布在国道310线桥梁加固工程中的应用

张晓燕

(天水市麦积公路管理段，甘肃 天水741000)

近年来，随着国民经济的发展，交通量日益增加，超载车辆不断出现等因素，使不少在役桥梁的正常使用功能和安全性能存在不同程度的隐患与缺陷，极大地威胁着广大人民群众的生命财产安全。因此，迫切需要对这些桥梁进行使用功能、承载能力及使用价值评价，并采取切实可行的加固措施，使其恢复正常营运。

本文主要以东岔连接线东岔旧桥的加固工程为例，阐述了东岔连接线东岔旧桥采用碳纤维材料加固桥梁工作原理及其技术工艺，以及积累的一些浅薄经验，供同行参考。

1 桥梁概况

宝天高速公路东岔连接线旧桥位于G310旧线上，是G310线通往宝天高速公路东岔立交桥的一座重要桥梁，其结构为5-16.0米钢筋混凝土工字梁微弯板组合桥，桥面净宽：7.1m+2×1.0m人行道，桥梁设计荷载汽-15，挂-80，桥梁全长93.9m，建成于1986年10月。

2 病害状况

（1）沥青混凝土桥面铺装和钢筋砼桥面铺装损坏。

（2）工字梁底面多处出现裂纹。

（3）微弯板出现多处渗水现象。

3 碳纤维的补强、加固原理

碳纤维布加固钢筋混凝土抗弯构件，是通过将碳纤维布粘贴与构件的受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维布后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维布的应变很小，基本不发挥作用；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同受力，应变增长迅速加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。

建筑结构加固中的碳纤维材料的力学性质是非常优良的，但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的每一个碳纤维丝都很难共同工作，当其承受了较大的承载负荷后，其中的应用力较高的碳纤维丝达到了最大工作强度，最后以至于被损坏。但是它们之间使用了黏结剂后，各个碳纤维丝都可以很好的来完成工作，可以共同的承担给与的承载负荷，这样既保证了每一个碳纤维丝的工作强度，而且也对其加固补强。值得注意的是，使用碳纤维进行加固是，具体粘贴层数要通过计算确定，考虑到各层的共同工作系数，抗疲劳的能力和避免脆性破坏，一般不宜超过5层，另外从受力性能角度而言，单层优于多层，窄幅优于宽幅；必要时纵向可以搭接，搭接长度不能小于100mm，而且要保证碳纤维端部有可靠的锚固，除计算要求外，还应有必要的构造措施。

4 设计规定

4.1 一般规定

在采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时，应通过相应的粘贴材料将碳纤维片材粘贴与构件表面，使碳纤维片材承受拉力，并与混凝土变形协调，共同受力。在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固，碳纤维方向与加固处的受拉方向一致，采用封闭式粘贴、U型粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固，碳纤维方向宜于构件轴向垂直；采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固，碳纤维方向与柱轴向垂直。

4.2 一般构造要求

当碳纤维布沿其纤维方向需绕构件转角粘贴时，构件转角处外表面的曲率半径不应小于20mm；碳纤维布沿纤维受力方向的搭接长度不应小于100mm，当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开；为保证碳纤维布可靠地与混凝土共同工作，必要时应采取附加锚固措施。

5 加固施工工艺

5.1 裂缝灌注

5.1.1 工艺流程

裂缝的测量与记录→裂缝表面处理→标注灌浇底座的位置→埋设灌浆嘴→封闭裂缝→密封检查→配置灌浆用材料→灌浆→养护→表面清理

5.1.2 施工要点

1）裂缝的测量与记录

（1）首先测量裂缝的位置、宽度、长度，并在施工图纸上标出，做详尽的裂缝现状图。

（2）裂缝之间可能并不相连，应进行充分地调查。

2）裂缝表面处理

（1）剔除缝口表面的松散杂物，用气压为0.2Mpa以上的压缩空气清除槽内浮尘。沿缝长范围内用丙酮进行刷洗，擦清表面。

（2）用钢丝刷将裂缝周围，尤其是灌胶底座粘贴面周围的油污清除干净。用吹风机将裂缝处的灰尘洗净、清除。

3）埋设灌浆嘴

沿裂缝布置灌胶底座，粘贴间距应为 20cm-30cm之间。

4）封缝

灌胶底座之间的裂缝用封缝胶完全封闭。封缝胶涂得太薄或太窄，均容易造成灌缝树脂的泄露，因此，封缝胶的涂抹宽度为 2-3cm，厚度1mm并确保固化时间。

5）灌注裂缝（1）灌注材料

本工程采用低黏度高流动性的环氧树脂液。

（2）灌注操作

将环氧液置入专用的注射筒内，再隔开安装至底座加压，直至环氧液充满缝隙或从相邻的灌浆嘴溢出。注意不可漏浆，注射筒内环氧液注完时立即换补。

6）检查养护

待树脂硬化后将底座敲除并修饰平整。

5.2 粘贴碳纤维布施工工艺

工艺流程：施工准备→混凝土表面处理→配制并涂刷底层树脂→粘贴面找平处理→碳纤维布剪裁→涂刷浸渍树脂或粘贴树脂→粘贴碳纤维布→表面养护

基本施工步骤：

5.2.1 混凝土基底处理

（1）混凝土表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除。对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复；对表面凹陷部位应用找平胶找平。

（2）采用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状。

（3）风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。

5.2.2 涂底胶

（1）按配合比配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中，用秤计量，电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温严格控制使用时间。

（2）将底胶均匀涂刷与混凝土表面，待胶固化后（固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准）再进行下一工序施工。

（3）待底胶指触干燥后，若表面有凸起部分时，要用磨光机或砂纸打磨。

5.2.3 修补找平层

（1）若发现粘贴表面有凹陷部位，应用找平胶进行修补。（2）待找平胶指触干燥后进入下一道工序。

5.2.4 粘贴

（1）按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。

（2）调配、搅拌粘贴材料粘结剂（使用方法与底胶相同），然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象，特别注意要粘贴碳纤维的边缘部位。

（3）粘贴碳纤维布：在确定所粘贴部位无误后，即可将碳纤维布展开、拉紧、平铺在涂有浸渍树脂的基面上，再用特制工具反复沿纤维方向液压，排除单向布与浸渍树脂间的空气，使单向布完全浸渍于树脂之中，要做到碳纤维布单向布平、直，中间无空穴、无气泡。

（4）加固完全固化后即可根据设计要求，涂刷防护及装饰外用面漆。

（5）碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于150mm。

检查养护24小时。

碳纤维布与板底的粘结必须密实，有效粘结面积不得低于95%；当纤维布单个空鼓面积小于1000mm2时，用针管注胶的方式补救；当纤维布单个空鼓面积大于1000mm2时，将该处切除，重新搭接粘贴。

5.2.5 自然养护及注意事项

（1）每处施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力硬性冲击，不受污染或雨水浸袭。

（2）施工宜在15-35摄氏度环境温度下进行。

（3）因碳纤维布为导电材料，使用时要注意防火。

6 结语

粘贴碳纤维布结构加固技术是一种新型的加固技术，进行结构加固补强，解决了工程急需的技术难题，通过加固工程实践证明，在加固工程中，采用粘贴碳纤维布进行结构加固，工期、质量、造价均得到了优化，结构受力合理，达到了安全、可靠、经济、适用的目的，所以，碳纤维补强加固技术作为一种技术含量高的建筑物补强加固方法，具有很高研究，推广价值和社会经济效益。

［1］黄兴棣，田炜.建筑物鉴定加固也曾层改造[M].北京：中国建筑出版社，2008，11.

［2］袁海军，姜红.建筑结构检测鉴定与加固手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2003，12.