碳纤维布在处理大桥桥梁裂缝中的应用
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碳纤维布在处理大桥桥梁裂缝中的应用
摘要： 粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术是一项新型、简便、有效的混凝土加固技术。该技术充分应用了碳纤维增强复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳及施工简便等许多优点，为混凝土加固技术注入了新的活力。本文以某高速公路大桥桥梁开裂后采用碳纤维布进行补强处理的施工经验，详细介绍了碳纤维布处理通道墙身裂缝的施工方法和工艺。
关键词 ：炭纤维布处理桥梁裂缝应用
一、概述
某高速公路由于修建较早，现随交通量的迅速增长，超载车辆增多，造成某大桥桥梁结构出现裂缝。此大桥上部构造为20孔预应力T型刚构。桥梁结构部位（箱梁、挂梁）砼出现较多裂缝，经专家分析研究后，认为主要是由于原设计荷载标准低、超载车辆增加造成的，该裂缝目前未造成结构破坏，为保证桥梁结构的安全性、耐久性，经过严密的技术和经济可行性论证，决定对裂缝部位采用压注环氧树脂浆液后粘贴双层炭纤维布进行补强加固处理。本文就碳纤维布处理梁板裂缝施工方法及工艺进行论述。
二、补强加固原理简介
粘贴碳纤维布加固技术始于20世纪80年代日、美等发达国家，近些年我国在这方面的研究也得到了长足的发展，在我国很多地方的桥梁加固中得到了广泛的应用，获得了满意的加固效果。粘贴碳纤维结构补强加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。使用碳纤维布加固具有以下优点：a、强度高，效果好；b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；对原结构不会产生新的损伤；c、基本不增加结构荷载及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，可适应不同结构的外表尺寸，适用范围广；d、施工简便，易于操作，经济性好；e、施工工期短。因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍，但碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
三、 施工工艺及方法
在碳纤维加固施工前，应封闭交通，尽可能地卸去部分荷载使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷载减小到最小程度。工艺流程为封闭裂缝→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。
（一）、 封闭裂缝
对于缝宽b＜0.2mm的裂缝，采用水泥质结晶防水材料涂抹表面，再用1：2水泥砂浆抹平。对于缝宽b≥0.2mm的裂缝，采用树脂灌注粘合剂灌缝补强，具体做法为：（1）、沿裂缝走向用钢丝刷打毛，宽度5cm左右，去掉1～2mm厚表层，用压缩空气吹除粉尘，再用清水冲洗干净。（2）、 埋设灌浆嘴：用抹刀将少许胶抹在灌浆嘴底面，将灌浆孔对正裂缝中心稍加力按压，使胶从底面的四个小孔中挤出，并用胶将座的底板包覆。沿缝的走向每米布置约3个灌浆嘴，裂缝端部、分岔处、较宽处等应设置灌浆嘴。（3）、 裂缝密封：用封口胶沿裂缝走向密封50mm宽的范围，厚度2mm左右，尽量一次完成，避免反复涂抹，密封完成后，让封口自然固化。（4 ）、灌浆：灌浆一般应按由宽到细，由一端按灌浆嘴顺序进行。从第一个灌浆嘴灌注，待下一灌浆嘴出浆后关闭本灌浆嘴，再进行下一个灌浆嘴继续压力灌注，依次进行。全部注满后应继续稳定压力一定时间，最后关闭注浆嘴。（5）、 保压固化：让灌注的胶体自行固化，固化后敲掉灌浆嘴，并用砂轮机把封口胶打磨平整。
（二）、 基底处理
1、为确保碳纤维布与混凝土间的粘结质量，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，对不符合要求的部位采取相应的处理措施。
混凝土表面的劣化层必须用砂轮机去除并研磨。用空气喷嘴、砂轮机与毛刷将待补强区的粉尘及松动物质清除，用水洗净后，使其充分干燥。
2、用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥10mm)。
（三）、 涂底胶(FP胶)
1、 按主剂与固化剂为2:1的比例将主剂与固化剂置于容器中，用电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一 般情况下1h内用完。
2、用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶固化后(固化时间视现场气温而定，以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为2～3d。风干期避免被水、灰尘污染，必要时采取防尘措施。
（四）、 找平
1、 混凝土表面凹陷部位应用FE胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用FE胶填补，尽量减小高度差。
2、 转角处也应用FE胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。
（五）、 粘贴
1、将碳纤维布用剪刀按设计的尺寸裁好。为防止保管期间的破损，裁剪时按实际需用数量裁剪。施工面底胶的干燥程度可以指触确认。
2、 调配、搅拌粘贴材料FR胶(使用方法与底胶FP相同)，然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
3、 粘贴碳纤维，用特制滚子沿纤维方向反复滚压，以去除气泡，并使FR胶充分浸透碳纤维。多层粘贴应重复上述步骤， 待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
4、 在最后一层碳纤维的表面均匀涂抹FR胶。
5、 碳纤维沿纤维方向的搭接长度不得小于200mm，碳纤维端部用横向碳纤维或粘钢固定。
（六） 保护
加固后的碳纤维表面应采取抹灰进行保护,并用调色料处理表面，使其颜色与周围混凝土颜色一致。
四、质量要求和安全措施
（一）、碳纤维布的技术指标
本工程采用的碳纤维布为宜兴市新维炭纤维制造有限公司生产的CFW-300型，其性能指标如下：抗拉强度：≥3550Mpa；拉伸模量：≥230Gpa；断裂伸长：2.1%d；理论厚度：0.167mm；单位面积质量：300 g/m2；碳纤维密度：1.8g/cm3。
（二）、质量要求
1、工程验收时必须提供碳纤维布及其配套胶生产厂家的材料检验证明。
2、每一道工序结束后应按工艺要求进行检查，并做好相关的验收记录，如出现质量问题，应立即返工。
3、施工结束后，现场验收以评定碳纤维布与混凝土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。如出现空鼓等粘贴不密实的现象，应采用针管注胶(FR)的方法进行补救。粘结面积若少于90％则判定粘结无效，需重新施工。
4、大面积粘贴前需做样板，进行试验，待样板合格后，方可大面积施工。
5、严格控制施工现场的温度和湿度。施工温度在5～35℃范围内，相对湿度不大于70％。
（三）、安全措施
1、裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源。
2、碳纤维布的配套用胶要远离火源，避免阳光直接照射。
3、现场施工人员应穿工作服，同时还须佩戴口罩、护目镜和手套，施工人员严禁在现场吸烟。
4、配制及使用胶的场所必须保持良好的通风。
5、与施工配套的脚手架要有足够的安全性。
五、结论
碳纤维布加固修补技术是一种新型的结构加固技术，具有高强高效，适用面广，质量易保证，施工便捷，耐腐蚀及耐久性能极佳等特点，在混凝土工程结构补强、加固、改善受力性能等方面具有广阔的推广前景。本工程通过采用碳纤维布加固补强后，在后续观察中结构受力未有异常现象，取得了很好的加固效果。
参考文献：
1．碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146：2003，中国计划出版社
2．混凝土结构加固技术规范 CECS25：90，中国计划出版社
