浅谈碳纤维布在桥梁加固中的应用

刘俊民

（唐山市交通勘察设计院有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

随着国家经济、科技的不断发展，桥梁加固技术越来越受关注。桥梁结构加固技术主要有：增大构件截面加固法；增加辅助构件，如增加混凝土构件、增加体外预应力等；粘贴补强材料，如粘贴钢板、粘贴碳纤维布等。本文只详述粘贴碳纤维布的加固方法。粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术是一项新型、简便、有效的混凝土桥梁加固技术。该技术充分应用了碳纤维增强复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳及施工简便等许多优点，为混凝土桥梁加固技术注入了新的活力。本文结合唐山市唐港高速桥梁碳纤维布加固技术的实践，详细阐述碳纤维布技术的工艺、工序及施工注意事项。

1 材料特点及适用条件

碳纤维布可用于抗弯、抗剪、抗压(偏心受压)及抗震等多种形式的加固[1]。该方法适用于混凝土梁式桥、板式桥的抗弯和抗剪加固。对于配筋率较低或钢筋锈蚀严重的旧桥，加固效果尤为显著；还适用于混凝土墩柱的抗剪、抗压补强，抗震延性补强以及地震破坏后的修复等。

使用碳纤维布加固具有以下几个优点：

（1）强度高，抗拉强度约为普通钢材的10～15倍。

（2）加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性。

（3）自重轻，该工程碳布约300 g/m2，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广。

（4）施工简便，不需大型施工机械及周转材料，易于操作，经济性好；

（5）施工工期短，该工程实例仅用7 d。

2 唐港高速桥梁加固工程概况

唐港高速K4+863.7小桥，跨径为1～13 m，上部结构为预制钢筋混凝土空心板，下部结构为薄壁台接桩基，右偏交角80°，双幅桥，半幅桥宽14.5 m，两幅桥中间分隔带宽度为1 m，桥面铺装为9 cm沥青混凝土+10 cm水泥混凝土，桥梁设计荷载为汽车—超20级、挂车—120。上部梁板出现的病害为：多数板底跨中及1/4处出现网状裂缝并有渗水现象，最大裂缝宽度达0.4 mm。

3 粘贴碳纤维布施工技术

3.1 一般要求

（1）粘贴碳纤维布加固修复混凝土结构应由熟悉施工工艺的专业施工队伍完成，并精心组织，精心施工。

（2）在表面处理和粘贴碳纤维板前，应按加固设计部位放线定位。

3.2 材料要求

（1）碳纤维布的主要性能指标应满足：抗拉强度最小值大于3 000MPa；弹性模量大于2.0×105MPa；延伸率大于1.7%。

（2）底层树脂的正拉粘结强度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉强度的1.2倍。

（3）找平材料的正拉粘结强度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉强度的1.2倍。

（4）浸渍树脂和粘结树脂性能指标应满足以下要求：抗拉剪切强度不小于10 MPa，拉伸强度不小于30 MPa，弯曲强度不小于40 MPa；正拉粘接强度不小于2.5 MPa，且大于被加固混凝土抗拉强度的1.2倍。

（5）表面防护材料应与浸渍树脂具有可靠的粘结强度及良好的变形性能。

3.3 施工步骤[2]

3.3.1 基底表面处理

清除板底表面剥落、疏松、腐蚀等劣化混凝土，混凝土表面用角磨机打磨平整，直至露出混凝土结构层。构件面蜂窝、麻面、凹凸部位用修补结构胶填平，修补胶固化后（以手指触感干燥为宜，约5 h）进行下一道工序。

3.3.2 涂底层胶

按粘贴面积计算好用量，准确称取甲、乙组份，按甲∶乙=3∶1的混合比例，在一洁净容器（塑料或金属盆，不得有油污、水、杂质）中均匀搅拌，搅拌时最好沿同一方向搅拌,尽量避免混入空气形成气泡。用硬毛刷将配好的底胶均匀地涂刷到粘贴面，胶量必须充足饱满。

3.3.3 粘贴碳纤维布

按设计要求尺寸剪裁碳布，注意整齐划一，避免毛刺。宜在平整的木板、纸板、塑料布上裁剪，以保持纤维布的洁净。碳布粘贴前应先配制完成面胶，然后将配制好的面胶均匀涂抹于构件粘贴部位和碳布上 (75%的面胶涂抹在碳布的粘贴面，当粘贴后，剩余的25%面胶涂抹于碳布外表面)，拐角部位适当多涂抹一些。用专用滚筒顺纤维方向多次滚压，促使碳布平整延展，粘贴剂充分渗透，滚压时不得损伤纤维布。在碳布表面涂刷部分粘贴剂，继续往复刮涂碾压，赶出气泡，并使粘贴剂均匀覆盖碳布。注意碳纤维片纵向接头，必须搭接10cm以上。第一层碳布表面面胶指触干燥后，立即进行第二层碳布粘贴，重复上述步骤。注意第二层粘贴时，纵向搭接不能与第一层在一个部位，层间必须错开至少50 cm。

3.3.4 表面防护

粘贴48 h后，刷20 mm厚水泥砂保护，涂刷要均匀，无流浆、滴泪现象。

3.4 检验与验收

（1）在开始施工前应确认碳布及配套粘贴胶的产品合格证、出厂检验报告。

（2）碳布与混凝土之间的粘贴质量可用小锤轻击或手压粘贴面判断粘贴效果，总有效粘结面积不应小于95%。如出现轻微空鼓，空鼓面积小于100 cm2，可采取针管注胶的方法进行补救；若空鼓面积大于100 cm2，宜将空鼓处的碳布切除，重新搭接贴上等量的碳布，搭接长度不小于100 mm。

4 粘贴碳纤维布加固施工注意事项

（1）碳纤维布为导电材料，使用碳纤维布时应尽量远离电器设备及电源；

（2）碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射；

（3）树脂的配置和使用场所，应保持通风良好；

（4）现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施；

（5）施工宜在5℃以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。

（6）在表面处理和粘贴碳纤维布前，应按加固设计部位放线定位。

5 经验总结

（1）该工程全桥共7块预制板采用了碳布加固，粘贴碳布用时7 d。实践证明粘贴碳布施工工序简单，可用小型电动工具操作，工种少、用工少、工期短、进度快,大大缩短了施工断交的时间，具有较大的经济效益和社会效益。

（2）此桥梁属于跨路桥，粘贴碳布时采用的是钢管支架，因此在施工时应做好行车及行人的安全工作，确保施工安全和质量。

（3）碳布在使用过程中易产生线屑、毛羽,若附着皮肤会产生刺激而瘙痒,若吸入会造成喉咙、气管、肺的伤害，所以施工时最好着工作服、手套、口罩、护目镜等。施工完毕用肥皂水将外漏部位清洗干净。

[1]张劲泉，王文涛.桥梁检测与加固手册[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]谌润水，胡钊芳，帅长斌.公路旧桥加固技术与实例[M].北京：人民交通出版社，2002.