碳纤维布在桥梁加固维修中的应用

■吴体飞 ■江苏燕宁工程咨询有限公司，江苏 南京 211111

1 工程概况

某桥位于K110的一处，在90年代初建立。当时的设计标准为交通部一级公路，公路荷载的标准为:挂—100、汽—20，桥的整体由双向车道组成，最终形成两个半幅桥，桥中间设分车道。桥的长、宽分别为91m、23．5m，L=13．0m钢筋混凝土制成的空心板梁作为桥梁的上部结构下部结构为双柱式钻孔灌注桩墩台，桩径除两桥台为Ф1．3m外，其余各墩均为Ф1．2m。

2 桥梁现状

通过对该桥进行细致的检测，较为严重的问题出现在桥梁结构的桥面铺装和承重构件板梁，病害主要体现在以下几个方面:(1)板梁出现很多纵向裂缝，而且内部钢筋受到严重腐蚀;(2)部分板梁混凝土腐蚀、霉变现象较为严重，其相应回弹强度也明显偏低;(3)在桥面上有很多网状裂缝，而且形成的裂缝比较明显;(4)在桥上的泄水孔被堵住，不能有效排水;(5)桥梁的护栏已经风化严重，出现混凝土剥落和钢筋生锈。

3 维修加固方案的选定及原则

现对目前常用的桥梁维修加固方法作一个简单的介绍及比较。

3．1 利用钢筋混凝土进行外包

用钢筋混凝土在原有桥梁上进行外包，形成新的土面层，使桥体构建面增大，进而使桥体的刚度、动力性能和承载能力提高。此种施工方法比较简单，使桥梁的延性、承载力和刚度能够大幅度的有效提高;缺点是需要较长的施工周期。

3．2 用粘结剂进行加固

钢板和桥梁通过粘结剂粘贴在一起，给桥梁提高承载力。此种加固方法的优点为快捷、方便的施工，对桥梁没有较大的影响;缺点为桥梁养护过程中费用过高，而且粘结剂对环境的要求比较严格，它使用的环境温度要小于60℃。

3．3 桥体外进行植筋

为了使桥梁结构的延性和承载力得到有效提高，可以给原来的桥体结构进行植筋，提供张拉预应力筋。此种加固方法的优点是可以在正常使用的情况下进行施工，而且工期短、方便;缺点是需要较高的养护费用，而且较高要求原桥梁的横隔板和腹板良好。

3．4 用碳纤维进行加固

碳纤维布用环氧树脂粘贴剂粘到桥梁上，并且沿着受力方向粘贴，最后形成新的复合体结构，使原有钢筋混凝土和碳纤维共同形成受力面，使桥体结构能增加抗剪和抗弯的能力。此种加固方法的优点是在截面尺寸和结构自重不增加，以及同时净空尺寸不改变的情况下，施工比较方便，而且施工在不损伤原结构基础上，可以使桥梁的抗疲劳、耐久和耐腐蚀的性能增强。缺点为形成的弹性模量与强度之间的比值低，如果温度超过60℃时，环氧树脂就会出现软化。

结合本工程板梁的病害程度及以上几种维修加固方案的介绍，同时考虑到宁通公路为我省主干道之一，交通流量大，较长时间的封闭交通进行施工增加绕行距离，社会影响较大，所以决定采用更换板梁和粘贴碳纤维布二种方案进行加固维修处理，由于板梁预制施工工艺已经成熟，在此本文不再作具体介绍。

4 碳纤维布在桥梁加固中的原理

碳纤维材料在建筑结构应用中，有很好的力学性能，它能够比建筑钢材的强度大几十倍;但是，通过碳纤维丝形成的布不能够形成统一的工作力度，在受到外力作用下，一些较高性能的碳纤维就最先达到最大拉力强度，同时退出工作状态，最后逐渐把碳纤维丝拉断，破坏碳纤维的整体拉力作用。如果用粘结剂来粘贴，能够有效的把碳纤维丝的共同力量集中起来，增大碳纤维布的抗拉强度。因此，在使用碳纤维布的加固过程中，要使碳纤维丝在碳纤维布里共同形成统一的受力面，而此时粘结剂就起着及其重要的作用，它既能使碳纤维丝产生集体受力作用，还能使桥梁结构和碳纤维布共同受力，最终实现桥梁加固。

5 碳纤维布施工方法

(1)完成对碳纤维布、配套树脂类粘结材料的试验工作，取得质检部门的产品性能检测报告和产品合格证。同时要保证配套树脂类粘结材料符合相关使用标准。

表1 碳纤维布力学性能指标

表2 找平材料和底层树脂胶的性能指标

表3 浸粘结树脂性能指标

(2)施工步骤。先处理桥梁表面，在进行涂刷底树脂，进而处理不平整位置，开始涂刷浸渍树脂，并且粘贴碳纤维布和树脂，最后进行表面防护。

(3)具体施工技术。①表面进行加固:a把桥体固有表面剥落的混凝土、疏松和腐蚀等问题进行清除，让混凝土结构层裸露，同时用有关材料进行修复平整。b根据设计进行封闭和灌缝桥体的裂缝。c打磨平整被粘帖的混凝土表面，使混凝土表面的浮沉、油渍等杂质被清理，等到混凝土的结构完全裸露，然后要打磨粘贴位置的导角，形成圆弧状，而且圆弧的半径要超过20mm。d保持混凝土表面干燥、清洁，必要时采用喷灯烘干。②底层树脂的涂刷:a底层树脂在配置过程中要严格按照产品工艺说明。b砼表面用滚筒刷把底层树脂均匀涂抹。树脂干燥后，立即进一步开始下一工序。③找平的施工技术:a找平施工中的材料要严格按照规定进行配置。b用找平材料填补砼表面的凹陷，使砼表面的棱角消失。c用找平材料处理转角，使其形成圆弧状，而且半径要大于等于20mm。d找平材料表面干燥后，要立即进行下一工序施工。④粘贴碳纤维布技术:a先按要求进行裁剪碳纤维布。b配制浸渍树脂过程中要严格按照产品规定，把配置好的浸渍树脂在粘贴部位涂抹均匀。c为了使碳纤维布能充分被浸渍树脂浸透，需要用滚筒朝着碳纤维方向滚压，通过多次滚压除去气泡。滚压过程中要防止损坏碳纤维布。d粘贴多层碳纤维布，工艺和上述方法一致，当第一层的浸渍树脂干燥后，及时进行下一层的粘贴，e当粘贴完最后一层碳纤维布后，把浸渍树脂均匀涂抹在碳纤维布表面，1-2mm的厚度。⑤表面的防护施工。7天以后就已经完成加固层固化，然后按照施工规定，做最后防护工作，开始涂刷面漆进行防护，并保证防护材料与碳纤维布之间有可靠的粘结。

6 碳纤维布施工要点

(1)桥体结构形成拐角半径要大于等于20mm，使角部的碳纤维应力减轻，经过多面的实践经验，即使通过这样处理，在拐角部位仍可能破坏碳纤维布。(2)修复混凝土构件表面非常重要，它对碳纤维布性能的发挥有很大影响。(3)碳纤维布材料可以导电，因此施工中要避免接触电气设备，施工中要采取相应保护措施。(4)粘贴碳纤维布要确保牢固，如果出现剥离情况，就不能很好的发挥加固作用，而且也不能很好的发挥其良好性能。(5)检查碳纤维布粘贴质量时，可以用敲击和手压的方法来检测，查看碳纤维布表面粘贴情况，确保密实面积＞95%;如粘接长度不够时，粘贴时应重合300mm。(6)施工过程中，碳纤维布施工所对应的树脂配比要严格按照要求执行，而且浸胶要浸透碳纤维布，均匀的把胶刷到混凝土表面，施工人员要配置齐全，碳纤维布施工粘贴时间要控制好。(7)碳纤维布的施工最佳时间要大于5℃，在低温的环境下需要做保温处理，而且也要注意结构材料的温度和环境温度有太大的差异，避免出现漏洞，确保施工环境小于等于85%的湿度。(8)相关碳纤维布的一些配套材料要密封保存，防止光和火，施工的场所要通风良好，保证安全配置树脂。(9)施工人员要注意安全，提前做好防护措施。

7 碳纤维布加固优点

(1)抗拉强度高:碳纤维布的抗拉强度一般都在3000Mpa以上，是普通钢筋材的10倍，将他用环氧树脂与钢筋混凝土构件粘贴后一起受力工作，补强效果明显。(2)施工速度快，且简便:碳纤维布是一种很轻的材料，施工过程中，大型施工设备基本不涉及，操作比较容易。但如遇到特殊路段的跨线桥梁、跨河道桥梁的维修加固，对支架搭设及施工需要编制专项施工方案，保证施工安全。(3)具有抗酸碱盐类介质的腐蚀及良好的耐久性:碳纤维布在加固过程中只用配套树脂，因此不存在生锈的情况，而且在自然环境下耐酸、碱等，有很强的抗腐蚀特性，可以应用于各种工作环境的构件加固。(4)不改变原结构，外形漂亮:根据构件的形状，碳纤维布在施工中可以随意裁剪和粘贴，施工后不增加构建的重量和体积，而且在外面还可以涂刷装饰和防火材料。(5)自重轻，结构自重和截面尺寸基本不需要增加;裁剪方便，而且有很好的柔性，比较适用。(6)混凝土结构产生的裂缝能够得到有效封闭，使混凝土结构的使用寿命延长。(7)过短的施工工期。

8 结束语

碳纤维布的粘贴加固施工技术，能够有效的把旧桥加固，此种方法也被国际所普遍认可，而且很是重视此项技术，同时也被广泛的应用，经过实践证明，它的优越性是我国未来旧桥加固的发展技术。经过此次项目的应用，在技术实施过程中，其自重小、施工简便、施工周期短等特点得到了很好的体现。本项目由于受工期、交通、结构简单等条件的影响，维修加固质量需要经过二到三个月甚至更长时间的观察和监测，通过对数据的收集与分析，才能便准确的评估桥梁的维修加固的效果，总结经验，为今后该项技术用于我省大跨径桥梁或结构更加复杂桥梁的维修加固奠定基础。

［1］窦角．浅淡碳纤维布在混凝土桥梁加固技术中的应用［J］．山西建筑，2008(01)．

［2］张显坤等．碳纤维布在加固混凝土桥梁中的应用与研究［J］．山西建筑，2008(07)．

［3］岳清瑞等．CECS146∶2003．碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程［S］．国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心，2003．