【摘要】碳纖維單向布與配套樹(shù)脂材料是加固維修鋼筋砼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的新材料、新工藝。在平安縣城白沈河中橋中，為使主梁滿足抗彎要求，采用了此技術(shù)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。用此新技術(shù)、新材料加固的工作在青海尚屬首例，同時(shí)也取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)該材料性能與施工工藝等有關(guān)技術(shù)問(wèn)題做一介紹。

【關(guān)鍵詞】 碳纖維單向布；加固砼技術(shù)；應(yīng)用

1. 碳纖維概述

（1）碳纖維單向布具有高強(qiáng)度、高彈性模量和耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用專(zhuān)用的樹(shù)脂和碳纖維布，按設(shè)計(jì)要求粘貼于砼表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)物加固補(bǔ)強(qiáng)效果。通過(guò)對(duì)梁、板、柱等進(jìn)行加固前后大量對(duì)比試驗(yàn)，力學(xué)性能顯著得到提高，據(jù)試驗(yàn)研究統(tǒng)計(jì)粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5～8%。此技術(shù)與其他粘鋼、噴射砼等加固技術(shù)相比，具有自重小、施工簡(jiǎn)便、施工周期短、基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸和耐久性好等特點(diǎn)。

（2）美國(guó)、日本等國(guó)于二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，目前已經(jīng)大量使用此技術(shù)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，僅日本1997年用于加固修復(fù)的碳纖維布使用量就達(dá)70萬(wàn)m2。我國(guó)近兩年來(lái)，科研單位和院校在這方面的研究和應(yīng)用做了大量工作，生產(chǎn)出一系列的碳纖維復(fù)合材料，使工程降低了費(fèi)用，同時(shí)也取得了較成熟的設(shè)計(jì)方法和施工經(jīng)驗(yàn)，為廣泛推廣該技術(shù)創(chuàng)造了有利條件。

2. 工程概況

（1）該工程為位于青海省海東地區(qū)平安縣城東白沈河橋，橫跨白沈河。近年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，通行車(chē)輛及重型車(chē)輛逐漸增多，該線公路負(fù)擔(dān)著疏散青海省主要交通的重任。然而，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)：梁體破碎、表面出現(xiàn)大量裂縫、橋面鋪裝網(wǎng)裂現(xiàn)象嚴(yán)重、梁體大面積滲水以及橋臺(tái)后路面開(kāi)裂沉降等病害現(xiàn)象。通過(guò)調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)重型車(chē)輛通過(guò)橋梁時(shí)，橋跨結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大。橋梁已處于不安全使用狀態(tài)，急需進(jìn)行檢測(cè)評(píng)定，以便合理采取技術(shù)改造措施，從而保證該橋安全運(yùn)營(yíng)。

（2）橋梁上部結(jié)構(gòu)為3孔13米鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁橋，老橋每孔7片T梁由5道橫隔板橫向鉸結(jié)成孔；加寬部分每孔3片T梁由5道橫隔板橫向鉸結(jié)成孔。下部結(jié)構(gòu)采用重力式U臺(tái)及重力式墩身，基礎(chǔ)類(lèi)型為天然淺基礎(chǔ)。板式橡膠支座，錐形護(hù)坡。其主要技術(shù)指標(biāo)如下：

橋梁跨徑：3×13=39米；

橋面寬度：2.8（人行道）+2.4（加寬）+11.2（老橋）+2.4（加寬）+2.8（人行道）=21.6米；

設(shè)計(jì)荷載：汽-20級(jí)，掛車(chē)-100。

（3）對(duì)于抗彎承載能力，設(shè)計(jì)抗力為 ，則基于檢測(cè)結(jié)果的結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)經(jīng)以上各個(gè)折減系數(shù)修正后為 。荷載效應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算值 ，則考慮活載影響修正系數(shù)后的荷載效應(yīng)的計(jì)算值 。即結(jié)構(gòu)的抗力效應(yīng)小于荷載效應(yīng)，該T梁不能滿足抗彎承載能力的要求。

（4）經(jīng)驗(yàn)算分析結(jié)果可知，該T梁需進(jìn)行抗彎加固。

3. 主梁加固方案和材料的選定

3.1加固方案的選定。最早提出采用粘貼鋼板的加固方案，由于該橋梁位于平安縣城繁華地段且梁片數(shù)較多，改橋?yàn)樾?、老橋結(jié)合，老橋修建年代久遠(yuǎn)，若采用粘貼鋼板方案美觀性較差，日后養(yǎng)護(hù)等較煩瑣，從安全性上由于上部主梁片數(shù)較多，粘貼鋼板加大了上部重量，增加了下部構(gòu)造的負(fù)擔(dān)，經(jīng)計(jì)算比較最后確定選用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。碳纖維布的極限抗拉強(qiáng)度高于普通鋼筋的10倍以上，而彈性模量也與鋼筋相近，較適合于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)加固工程。另外施工簡(jiǎn)便，適用于要求施工周期短的加固工程。

3.2材料的選定。近二、三年來(lái)，我國(guó)引進(jìn)了美國(guó)、日本生產(chǎn)的碳纖維復(fù)合材料，進(jìn)行了一些工程的加固，并取得了較好效益，但費(fèi)用高影響推廣應(yīng)用。近期由于國(guó)產(chǎn)化系列的碳纖維復(fù)合材料的出現(xiàn)，為該工程材料的選用奠定了基礎(chǔ)。經(jīng)比較采用蘭州德億建筑科技有限公司的碳纖維布和配套樹(shù)脂，其中碳纖維布采用的是國(guó)外進(jìn)口優(yōu)質(zhì)絲，質(zhì)量可靠穩(wěn)定，費(fèi)用較低。產(chǎn)品通過(guò)國(guó)家級(jí)質(zhì)檢部門(mén)的嚴(yán)格檢驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)已達(dá)到國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的水平。

4. 施工工藝

為確保主梁抗彎鋼筋與加固碳纖維能夠同步工作，應(yīng)該盡量縮短原主梁鋼筋與碳纖維的應(yīng)力應(yīng)變的差值，主梁加固時(shí)需考慮卸載措施，這樣可推遲將原主梁結(jié)構(gòu)的鋼筋受力轉(zhuǎn)給碳纖維的時(shí)間，積極地改善主梁結(jié)構(gòu)，并使得破壞時(shí)原鋼筋和碳纖維各自進(jìn)入極限狀態(tài)，主梁的總體強(qiáng)度顯著得到提高。主梁加固時(shí)卸載措施：拆除上部橋面鋪裝→碳纖維布粘貼加固→新鋪筑橋面鋪裝。

加固施工工藝步驟如下：

4.1定位放線：首先熟悉施工圖紙，明確加固部位及范圍，然后在構(gòu)件上彈線（其輪廓線要大于實(shí)貼尺寸20mm以便打磨）。

4.2混凝土基層處理。

4.2.1為了保證粘貼密實(shí)，在不影響原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用先人工后機(jī)械打磨的方法。剔除表面灰層與混凝土的接觸面，混凝土面平整度每米不大于4mm。同時(shí)要剔除粘貼面上的木屑、油氈等雜物?；炷链蚰ィ媒窍蚪悄C(jī)配合金剛石角磨機(jī)片，對(duì)混凝土面進(jìn)行打磨。磨去混凝土表面附著物，如混凝土老化層、油污、灰漿等等；需要露出混凝土新面（一般應(yīng)磨去1～3mm）。當(dāng)混凝土表面凹凸不平時(shí)，應(yīng)用找平材料將缺陷部位填補(bǔ)平整。纖維布通過(guò)的轉(zhuǎn)角處，用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧，半徑不應(yīng)小于20mm。

4.2.2混凝土面清洗。清洗過(guò)程中應(yīng)多次成活。首先用脫脂棉絲擦拭混凝土粘貼面，去除表面浮灰；然后用脫脂棉絲沾丙酮（純度80%以上），擦拭2～3遍。最后，在粘貼前再清洗一遍混凝土面。處理結(jié)果以表面無(wú)灰塵油污為準(zhǔn)。并確保表面處理后不被浮塵、油污等雜質(zhì)二次污染。

4.3裁剪下料：按照設(shè)計(jì)尺寸并結(jié)合實(shí)際情況將纖維布準(zhǔn)確下料，要求不亂絲、不斷絲。

4.4涂刷底層樹(shù)脂：按照產(chǎn)品工藝規(guī)定配制底層樹(shù)脂，均勻涂抹于構(gòu)件表面所要粘貼的部位，膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，不宜過(guò)薄。表面指觸干燥后立即進(jìn)行下道工序。

4.5粘貼。

4.5.1按照產(chǎn)品工藝規(guī)定配制粘貼樹(shù)脂。

4.5.2將纖維布表面擦拭干凈無(wú)粉塵。

4.5.3纖維布表面擦拭干凈后立即涂刷粘結(jié)樹(shù)脂，膠層應(yīng)呈突起狀，平均厚度不小于2mm。

4.5.4將涂有粘結(jié)樹(shù)脂的纖維布固定在需要粘貼位置，用特制的滾筒沿碳纖維布受力方向多次滾壓擠出氣泡，以使碳纖維布與混凝土表面緊密粘結(jié)；同時(shí)，使粘接劑充分滲入纖維之間的縫隙內(nèi)。最后，在碳纖維布表面再涂抹一層粘接劑。當(dāng)平行粘貼多層纖維布時(shí)，其間距須大于5mm。

4.5.5粘貼兩層纖維布時(shí)，應(yīng)連續(xù)粘貼，如不能立即粘貼，需要在粘貼前應(yīng)該對(duì)底層纖維布作好清潔工作。

4.5.6粘貼碳纖維后需要對(duì)粘貼層進(jìn)行防火處理。

4.6檢驗(yàn)、驗(yàn)收。碳纖維布與混凝土之間的粘貼質(zhì)量必須保證其有效粘貼面積大于95%，施工質(zhì)量滿足《碳纖維片材 加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。粘貼質(zhì)量不符合要求需割除修補(bǔ)時(shí)，應(yīng)沿空鼓邊沿，將空鼓部分的碳纖維割除，以每邊向外緣擴(kuò)展100mm，大小之同樣碳纖維材料，用同樣粘結(jié)劑，補(bǔ)貼在原處。搭接長(zhǎng)度應(yīng)不小100mm。

5. 加固優(yōu)點(diǎn)及探討意見(jiàn)

5.1碳纖維布重量輕，施工時(shí)不用任何重型設(shè)備，其又很薄不需要較大的空間，尤其是在該工程加固空間緊張的情況下，更能顯示這一優(yōu)越性。

5.2加固鋼筋砼結(jié)構(gòu)，采用粘貼強(qiáng)度高和高彈性模量的碳纖維的辦法，可能取得類(lèi)似于鋼板的同樣加固效果，但其結(jié)構(gòu)重量未增加，外表也輕巧美觀。

5.3有極好的耐久性，由于加固只使用碳纖維和配套樹(shù)脂，因而不會(huì)出現(xiàn)生銹，并具有耐酸、堿、鹽和大氣環(huán)境腐蝕等性能，碳纖維布有極好的抗化學(xué)作用。

5.4為促進(jìn)該項(xiàng)新技術(shù)、新材料的快速發(fā)展，建議有關(guān)單位應(yīng)盡快組織力量，制定完整的設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量檢驗(yàn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)規(guī)范。

本文結(jié)合白沈河橋加固工程實(shí)例及其它碳纖維加固工程，本人認(rèn)為粘貼碳纖維復(fù)合材料新技術(shù)是加固鋼筋砼結(jié)構(gòu)行之有效的方法，值得推廣應(yīng)用。

[文章編號(hào)]1619-2737（2013）03-30-026

[作者簡(jiǎn)介]李桂琴（1964.1-）女，職稱：工程師，研究方向：公路工程，畢業(yè)于福州大學(xué)土木建筑工程系路橋?qū)I(yè)。