碳纖維布在金華橋加固中的應(yīng)用

1、碳纖維布在金華橋加固中的應(yīng)用賴(lài)鑒銘（云浮市交通局，廣東云浮 527300）摘 要：碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)新型結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。本文介紹了金華橋采用碳纖維布加固的設(shè)計(jì)方法、施工工藝及施工過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：公路橋碳纖維布加固1.前言 碳纖維布應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固已有十年以上，在國(guó)外已經(jīng)被普遍采用，在國(guó)內(nèi)碳纖維布加固工藝己成為土要工程的一個(gè)新領(lǐng)域。在最近幾年中，碳纖維布在公路橋梁結(jié)構(gòu)加固中得到大力推廣和應(yīng)用，而我市利用碳纖維布加固橋梁尚屬首次。本文所敘的加固工程是采用碳纖維布加固技術(shù)達(dá)到舊橋加固的事例。2.工程簡(jiǎn)介金華橋位于云浮市區(qū)南山河上，全長(zhǎng)56.4米，全寬為9.5m，上

2、部構(gòu)造為2×25m鋼筋混凝土剛架拱，一跨采用三片剛架拱片作為支承，下部為重力式墩臺(tái)，淺挖擴(kuò)大基礎(chǔ)。該橋運(yùn)營(yíng)二十多年，出現(xiàn)了各種不同程度的病害。 2005年4月，廣東省公路工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)站對(duì)金華橋的進(jìn)行了全面檢測(cè)，檢查情況如下：在兩片邊拱肋和拱腳處均有兩三條細(xì)小裂縫，裂縫寬度為0.15mm，裂縫長(zhǎng)度最長(zhǎng)約30cm，中間拱肋拱腳處裂縫較少。部分斜撐根部出現(xiàn)裂縫，裂縫寬度約為0.6mm；弦桿下橋墩支承處砼破損、露筋。由此可見(jiàn)，該橋梁存在嚴(yán)重的安全隱患，亟待加固維修。3.加固方案與設(shè)計(jì) 3.1加固方案的選擇 由于本橋處于市區(qū)的交通繁忙路段，因此要求交通封閉的時(shí)間要盡可能短，同時(shí)由于該橋建于上世

3、紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低，因此要求加固時(shí)盡量不增加舊橋的荷載。為此，本工程采用了碳纖維布加固的方案。 3.2碳纖維布加固方案的特點(diǎn) 不增加恒載及斷面尺寸 碳纖維布的自重僅為200300gm2，設(shè)計(jì)厚度為0.1110.167mm，加上環(huán)氧樹(shù)脂系列的粘結(jié)材料的自重也很輕，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空的影響微乎甚微，可忽略不計(jì)。同時(shí)，碳纖維布可以多層粘貼。根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)的要求，碳纖維布可以在一個(gè)部位重疊粘貼，充分滿(mǎn)足補(bǔ)強(qiáng)的要求。這一優(yōu)點(diǎn)更是傳統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)方式所難以比擬的。本工程采用碳纖維布加固對(duì)原截面的幾何尺寸影響幾乎沒(méi)有，保持了原剛架拱的受力體系。相比增大拱肋截面改變了剛架拱肋原有的拱軸線(xiàn)，不利于拱

4、肋的受力。 施工簡(jiǎn)便 碳纖維布柔軟，對(duì)被補(bǔ)強(qiáng)物沒(méi)有形狀要求，無(wú)需預(yù)制材料、大型施工機(jī)械和現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，工期短。 采用碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)，對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷 碳纖維布加固補(bǔ)強(qiáng)系采用環(huán)氧樹(shù)脂系列的粘結(jié)材料進(jìn)行粘貼，不需要設(shè)置錨固及開(kāi)鑿混凝土等，因而不會(huì)對(duì)已經(jīng)損傷的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的破壞，更可避免鉆孔時(shí)與結(jié)構(gòu)內(nèi)原有鋼筋和預(yù)應(yīng)力素發(fā)生沖突而引起新的問(wèn)題。 能有效地封閉混凝土的裂縫 碳纖維布(片)粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，其高強(qiáng)高模量的特性還約束了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的生成與擴(kuò)展，改變了裂縫的形態(tài)，使寬而深的裂縫變成分散的細(xì)微裂縫，從而提高了混凝土構(gòu)件的整體剛度。碳纖維布具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性

5、碳纖維布是一種復(fù)合材料，幾乎無(wú)腐蝕性和磁性以及具有較好的耐熱性，不僅能經(jīng)得起水泥堿性的侵蝕，而且當(dāng)應(yīng)用于經(jīng)常受鹽害侵蝕等腐蝕性環(huán)境時(shí)，其壽命也較長(zhǎng)。因而碳纖維布加固法，在不利環(huán)境下較其它方法更顯出其優(yōu)異性。 不影響結(jié)構(gòu)的外觀碳纖維布的厚度很薄，粘貼固化后其表面還可以涂刷一層與原有結(jié)構(gòu)外觀顏色一致的涂料，而不影響結(jié)構(gòu)的外觀。3.3加固方案先把上部結(jié)構(gòu)拆除，用環(huán)氧樹(shù)脂封閉剛架拱片上的所有裂縫，使用碳纖維布對(duì)剛架拱片進(jìn)行加固。順橋向：實(shí)腹段下緣滿(mǎn)貼三層碳纖維布，拱腿上緣滿(mǎn)貼兩層，拱腿下緣滿(mǎn)貼一層，斜撐上緣滿(mǎn)貼一層。另對(duì)拱腿和斜撐粘貼環(huán)形封閉箍，寬度為25cm，間距20cm。具體方案如下圖所示: 3.

6、4主要材料碳纖維布（CFRP）本工程加固采用日本東麗商事（上海）有限公司生產(chǎn)的UT70-20碳纖維布對(duì)橋梁拱片進(jìn)行加固。主要力學(xué)性能指標(biāo)如下：表1.碳纖維布主要力學(xué)性能指標(biāo)性能單位面積重量（g/m2）抗拉強(qiáng)度值（MPa）彈性模量（×10 5MPa）極限延伸率%名義厚度mm指標(biāo)30040002.31.70.167粘結(jié)材料粘結(jié)材料的性能是保證碳纖維布與混凝土共同工作的關(guān)鍵，也是兩者之間傳力途徑中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，粘結(jié)材料應(yīng)有足夠的剛度與強(qiáng)度保證碳纖維與混凝土間剪力的傳力，同時(shí)應(yīng)有足夠的韌性，不會(huì)因混凝土開(kāi)裂導(dǎo)致脆性粘性破壞。此外，由于舊橋的加固均在野外，粘結(jié)材料還應(yīng)能在一般氣候條件下固化

7、，且固化時(shí)間合適（一般保證有3小時(shí)左右），對(duì)組分含量不敏感，具有適宜的流動(dòng)性和粘度，固化收縮率小。粘結(jié)材料將連續(xù)纖維狀的碳纖維結(jié)合在一起，同時(shí)又與混凝土表面粘合的系列粘結(jié)材料。主要包括三類(lèi)材料：底層涂料、整平材料和浸漬材料。本工程采用武漢大筑建筑科技有限公司生產(chǎn)的碳纖維布粘結(jié)材料，其主要技術(shù)指標(biāo)如下：表2碳纖維布專(zhuān)用膠底層樹(shù)脂的主要力學(xué)性能指標(biāo)性能正拉粘結(jié)強(qiáng)度拉伸強(qiáng)度指標(biāo)3.1MPa50MPa表3碳纖維布專(zhuān)用膠浸漬樹(shù)脂的主要力學(xué)性能指標(biāo)如下表：性能正拉粘強(qiáng)度（MPa）拉伸剪強(qiáng)度（MPa）壓縮強(qiáng)度（MPa）彎曲強(qiáng)度（MPa）拉伸強(qiáng)度（MPa）彈性模量（MPa）伸長(zhǎng)率指標(biāo)4.02685765728

8、003.8%4施工工藝與步驟用碳纖維加固橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，主要工藝過(guò)程施工時(shí)注意如下事項(xiàng)：準(zhǔn)備工作加固前應(yīng)對(duì)橋梁盡可能卸荷，同時(shí)停止交通，以減少汽車(chē)通行造成的震動(dòng)對(duì)粘貼效果的影響。基底處理由于橋梁砼結(jié)構(gòu)部分表面很舊很臟，要求先用角磨機(jī)進(jìn)行初步打磨，除去1mm厚表層污垢，然后用清水沖洗表面粉塵：對(duì)于砼部分表面不是很舊很臟的，則可用直接對(duì)粘結(jié)面進(jìn)行打磨，除去12mm表面風(fēng)化層；對(duì)于構(gòu)件基面砼突出嚴(yán)重的部位用角磨機(jī)要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角弧狀(R20mm)；對(duì)于砼表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位事先予以鑿除，對(duì)于較大面積的劣化層在鑿除后應(yīng)用水泥沙漿進(jìn)行修復(fù)。最后用清水沖洗干凈，待完全

9、干燥后用脫氧棉沾丙酮擦拭表面34次，直至脫脂棉上無(wú)粉塵。 涂底膠和找平按產(chǎn)品生產(chǎn)廠家提供的工藝規(guī)定配制底膠并攪拌均勻，注意一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完，超過(guò)時(shí)間的絕對(duì)不能使用，以確保粘結(jié)質(zhì)量。用滾刷均勻地涂在基面上，注意均勻涂抹，自然風(fēng)干。如在冬季施工，膠的粘度較高，不能涂太厚。底膠硬化后，如表面有凸起時(shí)，要用磨光機(jī)或砂紙打平。待底膠指觸干燥后，盡快進(jìn)入下一道工序。粘貼按設(shè)計(jì)要求的尺寸及層數(shù)裁剪纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長(zhǎng)度一般在3m之內(nèi)。碳纖維布在受力方向盡量不要打接，如需打接，則沿碳纖維方向的打接長(zhǎng)度不得小于200mm，而緯向打接長(zhǎng)度不小于50mm。粘貼碳纖維布時(shí)，應(yīng)依設(shè)計(jì)位置由上而下

10、，由左到右有秩序地粘貼，并采用專(zhuān)用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠壓氣泡，使浸漬浸漬樹(shù)脂充分滲透纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。施工應(yīng)在專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的指導(dǎo)下進(jìn)行，以確保加固質(zhì)量。5質(zhì)量控制要點(diǎn) 在碳纖維布加固過(guò)程中，要從以下5個(gè)方面加強(qiáng)質(zhì)量控制。材料準(zhǔn)備時(shí)必須有碳纖維布及其配套膠生產(chǎn)廠家所提供的材料檢驗(yàn)證明。每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢查，并做好相關(guān)的檢驗(yàn)記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)立即返工。施工結(jié)束后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維布與役之間的粘結(jié)質(zhì)量為主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面，以回音判斷粘結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)的現(xiàn)象，應(yīng)采用針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。粘結(jié)面積若小于90則判定粘結(jié)無(wú)效，需重新施工。為檢驗(yàn)其加固效果，在加固后要進(jìn)行靜載試驗(yàn)，確保結(jié)構(gòu)的變形及應(yīng)變等各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)及使用要求。 在大面積粘貼前需要樣板，然后再大面積施工。為確保碳纖維布與鹼間的粘結(jié)質(zhì)量，基底處理必須嚴(yán)格按下列要求執(zhí)行：先檢查要加固的部位本身是否有空鼓現(xiàn)象，再進(jìn)行表面檢查，最后對(duì)不符合要求的部位采取相應(yīng)的措施。 在結(jié)構(gòu)膠配制過(guò)程中，要求配比正確，A、B組分稱(chēng)量準(zhǔn)確，攪拌要均勻。6結(jié)論 通過(guò)荷