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碳纖維加固技術在橋梁工程補強中的施工方法和措施
瀏覽量：1434 發布時間：2016.12.15
橋梁工程在使用過程中由于種種原因產生病害，為了達到使用安全、經濟適用的目的，必須對產生的病害進行橋梁結構加固和補強。本文針對碳纖維加固技術在某橋梁工程補強中的實際應用處理實例，著重介紹了碳纖維加固技術的施工方法。
碳纖維增強聚合物（CFRP） ；橋梁工程；加固；補強。
碳纖維增強聚合物（CFRP）復合材料具有強度高、變形小、彈性模量適中、耐腐蝕性和耐久性強、
質輕、抗疲勞性優異、使用基本不增加結構截面、施工簡便、施工工期短、質量易保證、經濟效益高、
且能保證碳纖維與原結構共同作用。
近年來在土木工程領域中的研究與應用得到了迅速發展。二十年代開始已大量運用于建筑結構的加固和補強、抗震加固等。
2加固工程概況
湖州市某大橋主橋為61m預應力混凝土下承式桁架拱，引橋為165m梁板結構，橋面凈寬 17.5m ，
于1992年建成通車（大橋立面圖）。隨著當地經濟的發展和鄉村的變遷，交通流量急劇增加，該橋預應力混凝土下承式桁架拱橋梁和橫大部分出現裂縫，橋面現澆混凝土造板破損嚴重，引橋板梁已出現了大量的破裂和孔洞。由于該橋處于江南潮濕地區，大橋構件的大量裂縫長期受潮濕空氣的侵蝕，對橋梁結構的承載能力，使用壽命和橋梁的安全將會產生嚴重的后果。為了確保橋梁的安全使用及橋下港道的
運輸通暢，課題組對該橋現狀評估、極限荷載確定試驗與研究的基礎上進行了改建或加固方案的比選：
（1）拆除重建。但該橋位于公路和港道運輸的交通要道，附近又是工業區和公安要區，陸岸交通流量大，拆除重建工期較長，工程費用過大且造成一定程度上無法避免的浪費。
（2）采用新型的碳纖維復合材料進行補強加固。
主要利用它極強的抗拉強度（是普通II級鋼筋抗拉強度的10倍以上，其 彈 性 模 量 也與鋼材相當。其自重輕，對原結構的厚度增加很小，加固的后的表面可進行各種裝飾噴涂。施工時不需要特殊及大型機械設備，不需中斷水陸交通。不需大的施工空間，施工周期短。經過以上各方案的比選，最終選用碳纖維材料進行加固，具體加固措施：
2.1上弦桿：兩側凹槽用C50錨噴砼（含Φ6鋼筋網片）填平，在兩側及上緣粘貼一層A3鋼板（厚8mm）
，吊點部位上緣加強一層，拱腳部位底緣加強一層。
2.2下弦桿：在底緣縱向粘貼一層（寬80mm三條）YTD-CFS-120型碳纖維板材＋一層YTD-CF-30型碳纖維布，端部U形粘貼一層YTD-CF-30型碳纖維布錨固。
2.3豎桿、斜桿：對整個桿件環向粘貼一層YTD-CF-30型碳纖維布。
2.4橫梁：對裂縫寬度＜0.15mm的，先封閉裂縫，再在底緣縱向粘貼一層（寬80 mm二條）YTD-CFS-120
型碳纖維板材＋一層YTD-CF-30型碳纖維布，然后在橫梁兩側U型粘貼抗剪碳纖維布，橫梁頂部植筋與橋面板鋼筋連接。對裂縫寬度≥0.15mm的或砼嚴重破損，斷裂的構件，原構件鑿除，按部分預應力A類構件設計重新澆筑。
2.5主橋橋面板及橋面鋪裝：全部鑿除重新澆筑，橋面板10cm厚C50砼，橋面鋪裝6cm厚C40
鋼 纖 維砼（鋼纖維摻量不少于砼體積率1.5%）。
2.6引橋板梁：對于主橋相鄰的兩跨引橋14塊13 m板梁，考慮這些板梁在汽車荷載的跳車沖擊下損害
嚴重，擬換除舊板，采用13m先張法板梁，梁高55cm，通過原蓋梁頂墊高調整新板與舊板之間的高差；對引橋其它42塊13m板梁，先對板底進行裂縫封閉處理，然后在每塊板底緣粘貼一層YTD-CF-30型碳纖維布。
2.7引橋橋面鋪裝重新澆筑10～13.5cm（由鋪裝調整橋面橫坡）。
2.8伸縮縫：全橋設置D60異型鋼伸縮縫四道，共28m；引橋墩頂橋面均做橋面連續。
2.9限高設施；根據《公路工程技術標準》（JTGB01-2003）8.5.3條人行通道凈空要求?
3?，在橋梁兩端設置鋼筋砼限高設施：B×H=4.0m×2.2m，并設置相應警示標志牌。
2.10對欄桿破損部分及新換板梁處欄桿按原欄桿恢復。
3主要分項工程的施工順序、施工方法
3.1混凝土結構裂縫封閉及裂縫灌膠施工工藝流程：
3.1.1 對寬度≤0.2mm的裂縫,用角磨機切割片在裂縫處開“V”型槽，用專用裂縫灌注膠在其表面進行反復涂抹，使膠料滲進裂縫內，達到對裂縫的封閉彌補。1.2 對寬度＞0.2mm的裂縫應采用恒壓灌注法對裂縫進行灌注，以達到對裂縫的封閉彌補，灌注工藝及步驟如下：
（1）用裂縫放大鏡正確觀察裂縫寬度；
（2）基層處理：清除裂縫表面的灰塵、油污；
（3）確定注入口：一般按30～40cm距離設置一個“V”型注入口，注入口位置盡量設置在裂縫較寬、
開口較暢的部位；
（4）封閉裂縫：除預留注入口之外，采用封口膠封住裂縫，留出注入口；
（5）安設塑料底座：用專用快干膠將底座粘于注入口上；
（6）安設灌漿器：將配備好的專用灌注膠注入軟管中，把裝有膠料的灌漿器旋緊于底座上；
（7）灌漿：松開灌漿器彈簧，確認注入狀態，如膠料不足可補充再繼續注入；
（8）注入完畢：待注入速度降低確認不再進膠后，可拆除灌漿器，用堵頭將底座堵死；
（9）灌注膠固化后拆除底座及堵頭，清理表面封縫膠。
2碳纖維布加固混凝土結構施工工藝流程：
2.1 混凝土結構表面處理
(1)用鋼絲輪角磨機清除混凝土表面的劣化層（剝離蜂窩、浮漿、由于腐蝕或風化產生的水泥翻沫、脫模膠層、松散的混凝土碎屑、瀝青等），并用吹風機吹凈，露出干凈、結構堅實的表面；
（2）對于混凝土脹裂、松散、鋼筋銹蝕的現象，先鑿除松散部分，對銹蝕鋼筋進行手工除銹，然后采
3 用環氧樹脂作防腐處理，并用環氧膠泥作為整平材料填補平整。在填補環氧膠泥前，先在破傷口處涂刷一遍環氧膠作為粘合劑，以確保新老混凝土粘合良好；
（3）對結構表面蜂窩、麻面等缺陷部位，用環氧膠泥或碳纖維膠整平材料填補修復平整或圓滑順暢過渡，以確保構件表面平整美觀；
（4）對基面尖銳凸起的部位（混凝土構件交接部位，模板段差等）或凸起的轉角部位用角磨機進行倒角處理，打磨成弧狀（R=2cm）；
2.2 涂上底膠
(1)根據標準用量，算出所涂布面積的底膠用量，視現場氣溫等實際情況，確保在適用期內一次用完，
按底膠規定的比例把底膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻并應注意：
a、已配好的底膠超過適用期后嚴禁使用；
b、在底膠中嚴禁添加任何溶劑，含有溶劑的毛刷或被溶劑濕了的容器、滾筒等工具在未干燥之前不得使用；
（2）用滾筒刷或毛刷均勻、無遺漏地將底膠涂在需加固補強的混凝土表面，底膠涂刷面邊界應不小于所粘貼的碳纖維布大小。應注意：施工部位的溫度應不低于5℃或高于40℃，相對濕度應不小于
70%如遇雨天、混凝土表面結霧或有水份，應用電吹風將潮濕部位表面處理至干燥后方可施工；
（3）等底膠凝膠至指觸干燥（視施工現場氣溫情況，一般需1小時左右）后，如發現表面有突起毛刺
或膠瘤，應用砂布打磨圓順，注意不能將底膠層打磨穿，如有打磨穿的局部應重上底膠；
2.3 修整找平
(1)底膠指觸干燥后，若發現粘貼表面上有缺損、坑洼、凹陷拐角、模板接頭處出現的高差等情況，應
用找平膠進行多次刮填修補平整；
（2）等整平材料固化至指觸干燥（視施工現場氣溫情況，一般需1小時左右）后，如發現整平部位表
面有突起毛刺，應用砂布打磨光順。
2.4 粘貼碳纖維布
(1)按設計要求的尺寸裁減碳纖維布應注意：
a、碳纖維布的裁剪數量應保證能在當天用完；
b、碳纖維布一定要做好防潮處理，避免影響質量；
c、碳纖維布在運輸、存儲、裁剪和粘貼過程中應避免受到彎折，每天施工所用的裁剪好的碳纖維布應妥善保存；
d、碳纖維布為導電材料，使用碳纖維布時應盡量遠離電氣設備及電源；
（2）根據粘結膠的標準用量，計算出所涂布面積的需用量，視現場氣溫等實際情況，確保在適用期內一次用完，按粘結膠使用說明規定的比例把粘結膠主劑跟固化劑置于配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻；
（3）用滾刷或毛刷均勻、無遺漏地將粘結膠涂在選定的混凝土表面，粘結膠涂布表面應不小于所粘貼的碳纖維布的大小。應注意：在模板接頭處出現的高差位置和拐角以及碳纖維布搭接部位應多涂一些；
（4）地已涂好粘結膠的混凝土表面鋪覆碳纖維布，碳纖維布的鋪覆方向符合設計要求，接頭搭接應在纖維方向進行，并且搭接寬度應不小于10cm；
（5）用專用膠輥和刮板在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并向一個方向或從中間向兩個方向滾動碾壓，
但不允許來回反復滾動，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，形成復合材料，消除氣泡和除去多余樹脂，
使碳纖維布和底層充分粘接。嚴禁交叉垂直于碳纖維布方向滾動碾壓施工，以免出現折絲滑絲現象；
（6）二層粘貼，應重復上述步驟，在纖維表面粘結膠固化至指觸干燥后方可進行下一層碳纖維布的鋪覆；
（7）自然養護應遵循下述要求：
