桥梁加固工程中应用碳纤维技术的施工体会
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摘 要：桥梁工程在使用过程中，由于交通流量急剧增加，车辆超载运输，造成桥面破损，桥梁受力变形，会造成安全隐患。如果考虑经济要继续使用，为了确保安全，必须对产生的病害进行桥梁结构加固和补强。本文针对某碳纤维加固技术在桥梁工程补强中的实际应用处理实例，着重介绍了碳纤维加固技术的施工方法。
关键词：碳纤维增强聚合物（CFRP）；桥梁工程；加固；补强
碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料具有强度高、变形小、弹性模量适中、耐腐蚀性和耐久性强、质轻、抗疲劳性优异、使用基本不增加结构截面、且能保证碳纤维与原结构共同作用。近年来在土木工程领域中的研究与应用得到了迅速发展。二十年代开始已大量运用于建筑结构的加固和补强、抗震加固等。本文通过对湖州市杨家埠镇杨家庄大桥主桥的上、下弦杆、横梁、竖杆、桥面等粘贴碳纤维布加固的实例，操作工艺进行总结，给同行一点启示。
1.工程概况
湖州市杨家埠镇杨家庄大桥主桥为61m预应力混凝土下承式桁架拱，引桥为165m梁板结构，桥面净宽7.5m，于1994年建成通车。随着当地经济的发展和乡村的变迁，交通流量急剧增加，造成桥梁超负荷运营，桥面破损严重，该桥现成危桥。考虑经济要继续使用，经湖州市交通规划设计院相关技术人员对该桥进行实地勘察，对部分构件采取以下加固措施：
1.1上弦杆：两侧凹槽用C50锚喷砼（含Φ6钢筋网片）填平，在两侧及上缘粘贴一层A3钢板（厚8mm），吊点部位上缘加强一层，拱脚部位底缘加强一层。
1.2下弦杆：在底缘纵向粘贴一层（宽80mm三条）YTD-CFS-120型碳纤维板材+一层YTD-CF-30型碳纤维布，端部U形粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布锚固。
1.3竖杆、斜杆：对整个杆件环向粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布。
1.4横梁：对裂缝宽度
1.5主桥桥面板及桥面铺装：全部凿除重新浇筑，桥面板10cm厚C50砼，桥面铺装6cm厚C40钢纤维砼（钢纤维掺量不少于砼体积率1.5%）。
1.6引桥板梁：对于主桥相邻的两跨引桥14块13m板梁，考虑这些板梁在汽车荷载的跳车冲击下损害严重，拟换除旧板，采用13m先张法板梁，梁高55cm，通过原盖梁顶垫高调整新板与旧板之间的高差；对引桥其它42块13m板梁，先对板底进行裂缝封闭处理，然后在每块板底缘粘贴一层YTD-CF-30型碳纤维布。
1.7引桥桥面铺装重新浇筑10-13.5cm（由铺装调整桥面横坡）。
1.8伸缩缝：全桥设置D60异型钢伸缩缝四道，共28m；引桥墩顶桥面均做桥面连续。
1.9对栏杆破损部分及新换板梁处栏杆按原栏杆恢复。
2.碳纤维布加固混凝土结构施工工艺流程和质量要求及保护：
2.1混凝土结构表面处理：
（1）用钢丝轮角磨机清除混凝土表面的劣化层（剥离蜂窝、浮浆、由于腐蚀或风化产生的水泥翻沫、脱模胶层、松散的混凝土碎屑、沥青等），并用吹风机吹净，露出干净、结构坚实的表面；
（2）对于混凝土胀裂、松散、钢筋锈蚀的现象，先凿除松散部分，对锈蚀钢筋进行手工除锈，然后采用环氧树脂作防腐处理，并用环氧胶泥作为整平材料填补平整。在填补环氧胶泥前，先在破伤口处涂刷一遍环氧胶作为粘合剂，以确保新老混凝土粘合良好；
（3）对结构表面蜂窝、麻面等缺陷部位，用环氧胶泥或碳纤维胶整平材料填补修复平整或圆滑顺畅过渡，以确保构件表面平整美观；
（4）对基面尖锐凸起的部位（混凝土构件交接部位，模板段差等）或凸起的转角部位用角磨机进行倒角处理，打磨成弧状（R=2cm）；
2.2底胶涂刷处理：
（1）根据标准用量，算出所涂布面积的底胶用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按底胶规定的比例把底胶主剂和固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀。应注意：
a.已配好的底胶超过适用期后严禁使用；
b.在底胶中严禁添加任何溶剂，含有溶剂的毛刷或被溶剂湿了的容器、滚筒等工具在未干燥之前不得使用；
（2）用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需加固补强的混凝土表面，底胶涂刷面边界应不小于所粘贴的碳纤维布大小。应注意：施工部位的温度应不低于5℃或高于40℃，相对湿度应不小于70%，如遇雨天、混凝土表面结雾或有水份，应用电吹风将潮湿部位表面处理至干燥后方可施工；
（3）等底胶凝胶至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现表面有突起毛刺或胶瘤，应用砂布打磨圆顺，注意不能将底胶层打磨穿，如有打磨穿的局部应重上底胶；
2.3修整找平要求：
（1）底胶指触干燥后，若发现粘贴表面上有缺损、坑洼、凹陷拐角、模板接头处出现的高差等情况，应用找平胶进行多次刮填修补平整；
（2）等整平材料固化至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现整平部位表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺。
2.4粘贴碳纤维布
（1）按设计要求的尺寸裁减碳纤维布，应注意：a.碳纤维布的裁剪数量应保证能在当天用完；b.碳纤维布一定要做好防潮处理，避免影响质量；c.碳纤维布在运输、存储、裁剪和粘贴过程中应避免受到弯折，每天施工所用的裁剪好的碳纤维布应妥善保存；d.碳纤维布为导电材料，使用碳纤维布时应尽量远离电气设备及电源；
（2）根据粘结胶的标准用量，计算出所涂布面积的需用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按粘结胶使用说明规定的比例把粘结胶主剂跟固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀；
（3）用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘结胶涂在选定的混凝土表面，粘结胶涂布表面应不小于所粘贴的碳纤维布的大小。应注意：在模板接头处出现的高差位置和拐角以及碳纤维布搭接部位应多涂一些；
（4）地已涂好粘结胶的混凝土表面铺覆碳纤维布，碳纤维布的铺覆方向符合设计要求，接头搭接应在纤维方向进行，并且搭接宽度应不小于10cm；
（5）用专用胶辊和刮板在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并向一个方向或从中间向两个方向滚动碾压，但不允许来回反复滚动，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，形成复合材料，消除气泡和除去多余树脂，使碳纤维布和底层充分粘接。严禁交叉垂直于碳纤维布方向滚动碾压施工，以免出现折丝滑丝现象；
（6）二层粘贴，应重复上述步骤，在纤维表面粘结胶固化至指触干燥后方可进行下一层碳纤维布的铺覆；
2.5自然养护应遵循下述要求：
（1）基本要求：
a.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等干扰；
b.每道工序过程中及完工后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭；
c.施工过程中平均气温一般都高于5℃，自然养护至达到设计要求需要3～5天左右。
（2）对粘贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至粘结胶完全固化后，对碳纤维布粘贴面仔细检查，如果碳纤维布粘贴层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布划开（注意不要划的太大），然后采用注射器针管将调制好的粘结胶注入空鼓或气泡内填充至密实。应保证密实粘贴面积达到100%；
2.6碳纤维布粘贴的质量标准：a.粘结胶浸润碳纤维束良好；b.碳纤维布粘贴密实与混凝土结合面达到100%以上；c.碳纤维布方向不发生弯曲；顺纤维方向搭接长度不小于10cm，各层之间的搭接部位不得位于同一条线上，必须错开至少50cm；d.碳纤维布规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合设计规定；
2.7保护层处理--涂刷表面防护胶：
在粘贴碳纤维并形成复合材料凝胶固化后，在复合层表面采用毛刷和刮板均匀涂刷表面防护胶，形成防护层。
结语：工程实践证明，采用碳纤维增强聚合物（CFRP）加固技术补强桥梁工程，具有施工便利，效果显著，值得同类工程借鉴和应用。