碳纤维布在桥梁加固工程中的应用

李崇文

(甘肃省陇南公路总段宕昌公路管理段，甘肃 宕昌 748500)

【摘　要】碳纤维布作为高性能结构加固材料，具有质轻高强、耐腐蚀、抗老化、施工简便等优异性能，已在旧桥加固中得到广泛应用。结合2013年G212线阿坞桥采用碳纤维加固补强的实践，介绍其所用材料、施工工艺及其应用性分析。

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关键词 桥梁工程；碳纤维；加固工艺

近年来，我国交通运输事业迅猛发展，许多现有桥梁已不能适应现代交通的需要，这些问题不仅会影响到桥梁的正常使用，严重的还会给国家和人民的生命财产造成威胁。因此，如何采用经济适用的加固方案对桥梁进行加固，以使其达到现行桥梁设计规范要求，一直是摆在桥梁养护管理人员面前的一道难题。目前，广泛应用的碳纤维布加固技术，使旧桥加固发生了根本性的变化。

1　碳纤维材料的特点

碳纤维材料具备强度高、比重小、施工方便和高耐久性的优点。其抗拉强度为3500MPa左右，十倍大于同截面的钢材，并且厚度小，单层仅为0.112～0.167mm，即使用粘结剂与结构物粘贴后厚度仅为2mm左右。并且比重小，仅为2.0～3.0g/cm3，施工便捷，占地少，不需要使用大型机械，不需预加工，也不需要现场的固定设施，无火无水施工；而且效果突出，能够有效提高结构物的静荷载、动荷载、构件刚度、构件的抗蠕变和构件的耐久性，为原钢筋混凝土构件提供优良的补强效果。并且非常适合在高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用，不会生锈，抗老化和抗疲劳强度高。所以，碳纤维材料以其优异的特点在建筑结构中得到普遍使用。

2　碳纤维加固的施工工艺及要点

碳纤维施工前混凝土表面的含水率应<4%，或者提升环境温度至5℃以上，否则应该采取相应的措施，保证粘贴部位混凝土的表面含水率及所处环境温度达标。施工前应按设计图纸放线定位，碳纤维布必须与构件牢固地粘贴在一起，变形协调，共同受力。

2.1　混凝土基面的处理

1）要保证基面平整，首先应修补表面的裂缝。

2）当基面构件有受损或坑槽凹陷，可用碳纤维整平材料或环氧树脂砂浆进行填充修复。

3）当基面有凸起，可使用混凝土磨片角磨机打磨，确保基面圆滑。

4）最后将基面上的粉尘、松散浮渣清扫干净，确保基面无灰、无油并充分干燥。

2.2　涂底胶

1）根据现场的气温和底胶标准用量，计算出底层的图布用量，并根据规定比例，将底层树脂主剂和固化剂灌入配胶容器中，搅拌均匀，要确保在使用期内一次用完。

2）使用毛刷或者滚筒刷，将底胶均匀的涂在需要补强的混凝土表面，不应有遗漏，涂抹面积要略大于碳纤维布的面积。

3）一般在1小时后，当底胶指触干燥后，用砂布打磨凸起的毛刺，但不可将将底层胶打磨穿，否则应该重复上述步骤。

2.3　粘贴面修整

1）待底胶彻底干燥后，用粘贴胶加适量作为触变剂的矿物填料调制成的腻子，即找平胶在凹陷、缺损和坑洼、接头处进行刮填修补，确保表面顺滑，无明显接头盒高差。

2）等整平材料固化至指触干燥后，如发现整平部位表面有突起的毛刺，应用砂布打磨光顺。

2.4　贴碳纤维布

1）首先根据设计的尺寸大小对碳纤维布进行剪裁。

2）根据设计要求的方向，在涂好粘接胶的混凝土表面铺覆碳纤维布，一层中各张布之间的搭接应在纤维方向进行。。

3）用胶辊在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并反复碾压，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，消除气泡和除去多余树脂，使碳纤维和底层充分粘接。

2.5　检查

用小锤等工具轻敲击碳纤维布表面，以回声来判断粘接效果.如果碳纤维布粘层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布划开（注意不要划断得太长），然后采用注射器针管将调制好的粘接胶注入空鼓或气泡内填充至密实。

３　工程实例

3.1　工程概况

阿坞桥位于G212线K272+083处，上部结构为1~13m钢筋混凝土空心板，下部结构为U型桥台，明挖扩大基础，桥面全宽为净7+2×0.75m,设计荷载为公路—II级。在桥梁检查中发现：几乎每片板底面均出现了横桥向分布的裂缝，有的甚至是整片板的横向通缝，裂缝宽度在0.2mm左右，裂缝主要分布在靠近跨中的一段区域内。考虑到工期紧、尽量简单施工工艺等因素，采用碳纤维布加固法对桥跨结构进行加固。

3.2　设计要点

1）卸载原桥面铺装层及铰缝混凝土后，封闭板体裂缝，在每块板底粘贴三道三层25cm宽碳纤维布和一层压条，提高板体抗拉强度，限制裂缝发展。

2）碳纤维及胶黏剂

碳纤维应选用不大于12K的小丝束聚丙烯羟基(PAN基纤维)。单层碳纤维布的单位面积纤维质量，不应低于200g/m2,不宜高于300 g/m2。纤维复合材料沿纤维受力方向的搭接长度不应小于10cm，当采用多层或多条纤维布时，其搭接位置应相互错开，纤维方向应与构件受拉方向一致。本次设计所用胶黏剂为A级胶，不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等。

3.3　施工注意事项

1）施工工艺流程：卸荷载→构件表面处理→粘贴面修补找平→涂底胶→配置面胶和裁剪碳纤维布→粘贴碳纤维布→固化→检验、维护

2）裁剪碳纤维布用锋利剪刀，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；若需延长，碳纤维布搭接长度不应小于100mm。

3）碳纤维布的粘贴宜在5℃~35℃环境条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。

4）粘贴碳纤维布前，板底首先要打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，混凝土表面应清理干净并保持干燥；钢筋露出部位须做防锈处理，如有局部破损，须采取其它措施，以确保安全。

3.4　质量要求

1）每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的记录，如出现质量问题，应立即返工。

2）检验时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%，如出现轻微空鼓等粘贴不密实现象（面积小于100cm2）可采取针管注胶的方法进行补救。若空鼓面积大于100 cm2，宜将空鼓处的碳纤维布切除，补粘四周搭接长度大于0.2m的碳纤维布。

3）严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5~35℃范围内，相对温度不大于70%。

3.5　效益分析

加固后，呈整板受力，重车通过时，板体下挠度明显减小，板体振动明显减小，该桥加固效果良好。

４　结束语

综上所述，粘贴碳纤维布加固技术，是旧桥加固行之有效的新方法，随着我国经济的快速发展，交通量日益增大，２０世纪七、八十年代修建的钢筋混凝土桥梁，大部分已经表现出不能满足（下转第306页）（上接第286页）通行要求，出现了许多病害。可以断言，粘贴碳纤维布加固技术，广泛应用于旧桥加固已是必然趋势。

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参考文献

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［２］陈晓诰.某环城高速匝道处桥梁缺陷原因分析及加固方案[J].安徽建筑,2009(05).

［３］左德中.碳纤维材料在桥梁加固应用技术研究[J].中国水运(下半月),2011(09).

［责任编辑：邓丽丽］