1、 碳纤维布在金华桥加固中的应用摘 要：碳纤维材料加固混凝土结构技术是一项新型结构加固技术。本文介绍了金华桥采用碳纤维布加固的设计方法、施工工艺及施工过程中的质量控制要点。关键词：公路桥 碳纤维布 加固1.前言碳纤维布应用于钢筋混凝土结构加固已有十年以上，在国外已经被普遍采用，在国内碳纤维布加固工艺己成为土要工程的一个新领域。在最近几年中，碳纤维布在公路桥梁结构加固中得到大力推广和应用，而我市利用碳纤维布加固桥梁尚属首次。本文所叙的加固工程是采用碳纤维布加固技术达到旧桥加固的事例。2.工程简介金华桥位于云浮市区南山河上，全长 56.4 米，全宽为 9.5m，上部构造为 225m 钢筋混凝土
2、刚架拱，一跨采用三片刚架拱片作为支承，下部为重力式墩台，浅挖扩大基础。该桥运营二十多年，出现了各种不同程度的病害。2005 年 4 月，广东省公路工程质量监测站对金华桥的进行了全面检测，检查情况如下：在两片边拱肋和拱脚处均有两三条细小裂缝，裂缝宽度为 0.15mm，裂缝长度最长约 30cm，中间拱肋拱脚处裂缝较少。部分斜撑根部出现裂缝，裂缝宽度约为 0.6mm；弦杆下桥墩支承处砼破损、露筋。由此可见，该桥梁存在严重的安全隐患，亟待加固维修。3.加固方案与设计3.1 加固方案的选择由于本桥处于市区的交通繁忙路段，因此要求交通封闭的时间要尽可能短，同时由于该桥建于上世纪 80 年代，当时采用的技术
3、标准相对较低，因此要求加固时尽量不增加旧桥的荷载。为此，本工程采用了碳纤维布加固的方案。 3.2 碳纤维布加固方案的特点不增加恒载及断面尺寸 碳纤维布的自重仅为 200300gm 2，设计厚度为 0.1110.167mm，加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。本工程采用碳纤维布加固对原截面的几何尺寸影响几乎没有，保持了原刚架拱的受力体系。相比增大拱肋截面改变了刚架拱肋原有的拱轴线，不利于拱肋的受力。施工简便
4、碳纤维布柔软，对被补强物没有形状要求，无需预制材料、大型施工机械和现场固定设施，工期短。采用碳纤维布加固补强，对原结构不产生新的损伤碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力素发生冲突而引起新的问题。 能有效地封闭混凝土的裂缝碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。碳纤维布具有优良的耐化学腐蚀性 碳纤维布是一种复合材料
5、，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其它方法更显出其优异性。不影响结构的外观碳纤维布的厚度很薄，粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。3.3 加固方案先把上部结构拆除，用环氧树脂封闭刚架拱片上的所有裂缝，使用碳纤维布对刚架拱片进行加固。顺桥向：实腹段下缘满贴三层碳纤维布，拱腿上缘满贴两层，拱腿下缘满贴一层，斜撑上缘满贴一层。另对拱腿和斜撑粘贴环形封闭箍，宽度为 25cm，间距 20cm。具体方案如下图所示:3.4 主要材料碳纤维布
6、（CFRP）本工程加固采用日本东丽商事（上海）有限公司生产的 UT70-20 碳纤维布对桥梁拱片进行加固。主要力学性能指标如下：表 1.碳纤维布主要力学性能指标性能 单位面积重量 （g/m 2） 抗拉强度值 （MPa） 弹性模量（10 5MPa） 极限延伸率% 名义厚度mm指标 300 4000 2.3 1.7 0.167粘结材料粘结材料的性能是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，也是两者之间传力途径中的薄弱环节。因此，粘结材料应有足够的刚度与强度保证碳纤维与混凝土间剪力的传力，同时应有足够的韧性，不会因混凝土开裂导致脆性粘性破坏。此外，由于旧桥的加固均在野 外，粘结材料还应能在一般气候
7、条件下固化，且固化时间合适（一般保证有 3 小时左右） ，对组分含量不敏感，具有适宜的流动性和粘度，固化收缩率小。粘结材料将连续纤维状的碳纤维结合在一起，同时又与混凝土表面粘合的系列粘结材料。主要包括三类材料：底层涂料、整平材料和浸渍材料。本工程采用武汉大筑建筑科技有限公司生产的碳纤维布粘结材料，其主要技术指标如下：表 2 碳纤维布专用胶底层树脂的主要力学性能指标性能 正拉粘结强度 拉伸强度指标 3.1MPa 50MPa表 3 碳纤维布专用胶浸渍树脂的主要力学性能指标如下表：性能正拉粘强度（MPa）拉伸剪强度（MPa）压缩强度（MPa）弯曲强度（MPa）拉伸强度（MPa）弹性模量（MPa） 伸
8、长率指标 4.0 26 85 76 57 2800 3.8%4施工工艺与步骤用碳纤维加固桥梁结构构件时，主要工艺过程施工时注意如下事项：准备工作加固前应对桥梁尽可能卸荷，同时停止交通，以减少汽车通行造成的震动对粘贴效果的影响。基底处理由于桥梁砼结构部分表面很旧很脏，要求先用角磨机进行初步打磨，除去 1mm 厚表层污垢，然后用清水冲洗表面粉尘：对于砼部分表面不是很旧很脏的，则可用直接对粘结面进行打磨，除去 12mm 表面风化层；对于构件基面砼突出严重的部位用角磨机要磨平，转角粘贴处要进行倒角弧状(R20mm)；对于砼表面出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位事先予以凿除，对于较大面积的劣化层
9、在凿除后应用水泥沙浆进行修复。最后用清水冲洗干净，待完全干燥后用脱氧棉沾丙酮擦拭表面 34 次，直至脱脂棉上无粉尘。 涂底胶和找平按产品生产厂家提供的工艺规定配制底胶并搅拌均匀，注意一次调和量在可使用时间内用完，超过时间的绝对不能使用，以确保粘结质量。用滚刷均匀地涂在基面上，注意均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，胶的粘度较高，不能涂太厚。底胶硬化后，如表面有凸起时，要用磨光机或砂纸打平。待底胶指触干燥后，尽快进入下一道工序。粘贴按设计要求的尺寸及层数裁剪纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般在 3m 之内。碳纤维布在受力方向尽量不要打接，如需打接，则沿碳纤维方向的打接长度不得小于200mm，而
10、纬向打接长度不小于 50mm。粘贴碳纤维布时，应依设计位置由上而下，由左到右有秩序地粘贴，并采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤压气泡，使浸渍浸渍树脂充分渗透纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。施工应在专业技术人员的指导下进行，以确保加固质量。5质量控制要点 在碳纤维布加固过程中，要从以下 5 个方面加强质量控制。材料准备时必须有碳纤维布及其配套胶生产厂家所提供的材料检验证明。每一道工 序结束后均应按工艺要求进行检查，并做好相关的检验记录，如出现质量问题，应立即返工。施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与役之间的粘结质量为主，用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面，以回音判断粘结效果。如出现空鼓等粘
11、贴不密实的现象，应采用针管注胶的方法进行补救。粘结面积若小于 90则判定粘结无效，需重新施工。为检验其加固效果，在加固后要进行静载试验，确保结构的变形及应变等各项指标均应满足国家规范规定的设计及使用要求。在大面积粘贴前需要样板，然后再大面积施工。为确保碳纤维布与硷间的粘结质量，基底处理必须严格按下列要求执行：先检查要加固的部位本身是否有空鼓现象，再进行表面检查，最后对不符合要求的部位采取相应的措施。 在结构胶配制过程中，要求配比正确，A、B 组分称量准确，搅拌要均匀。6结论 通过荷载试验验证，碳纤维布加固金华桥，使旧桥基本恢复原来的承载水平。碳纤维布加固段结构桥梁是一项新技术，碳纤维片材轻，现场粘贴无需重型设备，设施简便，便于桥下高空作用，可在公路桥梁上推广应用。目前，粘贴碳纤维片材加固方法往往辅以裂缝灌浆、裂缝封闭等方法。参考文献：1桥梁结构用碳纤维片材 （JT/T5322004） ，中华人民共和国交通行业标准
