粘贴碳纤维布加固技术在桥梁维修加固中的应用

    1· 工程概况
    江西省某高速公路桥梁，桥梁全长165． 04 m，桥面宽度26 m。上部结构为30 m 后张预应力混凝土空心板，单幅横向布置10 片梁。桥墩为单排双柱式墩配钻孔桩基础; 桥台为埋置式肋台配钻孔桩基础。原设计荷载: 汽车—超20，挂车—120; 该桥近10 年来随着车流量、车载重的不断加大，代表车型不断趋于重型化以及其它多种原因，主梁出现的主要病害有梁底厚度严重不足; 梁底保护层厚度不足，梁底露筋;梁底纵向裂缝; 铰缝混凝土脱落，浇筑不密室。为确保运营安全，对该桥梁加固势在必行。
    在充分掌握结构的外部条件( 气候、地质状况、交通状况)和现状( 各加固结构构造状况、受力状况及已发现各类病害) 的基础上，正确分析病害产生的根本原因，充分比选国内外现有的、经实际验证处理效果较好、经济合理、施工方便的加固改造方法，综合考虑社会效益和经济效益，设计应尽可能减少加固工程对大桥交通的影响程度和影响时间长度，综合上述各点，对该空心板梁段主梁采用粘贴碳纤维布方式进行加固。
    2 ·施工工艺流程
    2． 1 粘贴碳纤维布施工工艺
    流程见图1 所示。
     
    2． 2 施工顺序及注意要点
    ( 1) 施工顺序
    施工放样→表面修整→裂缝处理→底涂作业→表面残缺修补→粘贴碳纤维布( 含下层作业、上层作业) →养护→涂装。
    ( 2) 放样
    按设计要求准确放出粘贴碳纤维布的具体位置、尺寸，误差应满足设计和相应规范要求。
    ( 3) 表面处理
    ①清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，至完全露出结构新面，并用胶泥修复补平打磨，再用风机吹去表面浮尘，保证表面干燥、无油污。检查外露钢筋是否锈蚀，如有锈蚀需进行打磨、除锈处理。
    ②按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
    灌缝处理: 缝宽≥0． 20 mm 的裂缝位置、大小的确定的标注分类→裂缝处混凝土表面处理→布设灌浆嘴→密封裂缝→压气试验→灌注胶液→修整处理。
    封闭处理: 缝宽＜ 0． 20 mm 的裂缝标注分类→混凝土表面处理→涂刷胶液→胶泥封缝→涂刷胶液→修整处理。
    ③平整被粘贴混凝土表面，除去表层浮浆、油污等杂质，对转角粘贴处进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于30 mm。
    ④将混凝土表面清理干净并保持干燥。
    ( 4) 表面残缺修补
    ①配制找平材料( 环氧腻子) 。
    ②混凝土表面凹陷、段差、起拱等部位用找平材料填补平顺，不应有楞角。
    ③转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径不小于30 mm。
    ④腻子涂刮后，对表层凹凸糙纹进行打磨整平。
    ⑤待找平材料表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
    ( 5) 涂刷底层涂料
    ①底层涂料配制。在具备混凝土表面温度须在5 ℃以上、空气的相对湿度在85% 以下的条件下配制底层涂料。将各组份按比例称量准确，置于容器内均匀搅拌，一次调和量应在可使用时间内用完。底涂料中严禁添加溶剂。
    ②底层涂料涂刷。确认混凝土表面干燥无油污、无粉尘。用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。如果底涂树脂被混凝土吸附，须再涂一遍直到混凝土表面完全覆盖树脂为止。
    ③自然风干至表面指触干燥。
    ④底层涂料固化后，打磨表层凸起部分至平整，进行下一步工序施工。
    ( 6) 粘贴碳纤维片
    ①按设计要求的尺寸裁剪碳纤维片。避免在运输、放置、裁剪及粘贴过程中受弯折或浸水，且按当天用量限量裁剪。
    ②在具备混凝土表面温度须在5 ℃以上、空气的相对湿度在85%以下的条件下配制浸渍树脂。
    ③粘贴碳纤维布
    a ·用干燥的滚筒将浸渍树脂均匀涂刷于构件表面，进行下层树脂作业。300 g /m2 的纤维片，用量约500 ～ 600 g /m2 ，作业方式同底涂。
    b· 粘贴碳纤维布于下层树脂上，以滚筒压挤使其充分结合，并进行脱泡作业，尽量使碳纤维布浸渍树脂间没有残留空气，避免出现空鼓，并使浸渍树脂充分浸入碳纤维布中。及时检查有无未密合现象，若有，则以美工刀顺纤维方向剪开，充分注满树脂后压平。
    c ·碳纤维布粘贴30 min 后，用滚筒将浸渍树脂均匀地涂刷于碳纤维布上，进行上层树脂作业。300 g /m2 的纤维片，用量约200 ～ 300 g /m2 ，自然风干结合。风干过程中须适当防护，避免被水、粉尘污染。重复a、b、c 步骤，就可粘贴第二层碳纤维布。
    ④碳纤维布纵向接头的搭接长度为10 cm，该部位应多涂浸树脂，横向不需要搭接，且各层之间的搭接部位不得位于同一条线上，必须错开至少50 cm。
    ⑤多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面指触干燥时即进行下一层的粘贴。
    ⑥碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面方法来判断，总有效粘结面积不应低于95%。如有空鼓现象应加以相应处理:
    a ·在纤维片上打2 个以上孔注入低粘度树脂。
    b ·沿纤维方向切入2 ～ 3 刀，用刮板将树脂填进割开的缝内。
    c 割掉不良部分，重新按同样要求粘贴碳纤维片。
    6) 碳纤维片规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向、层数等应符合设计要求。
    ( 7) 养护
    ①粘贴碳纤维布后需自然养护24 h，以达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。
    ②每道工序之后树脂硬化以前，应采取薄膜铺盖等方式防止沙尘或雨水侵袭
    ③树脂硬化过程中如果气温低于5 ℃，可采用低温固化树脂，或加温解决。
    ④在粘贴碳纤维布的初期固化强度未形成之前，桥上禁止机动车通行。
    ( 8) 涂装
    确保碳纤维布表面已充分风干结合，在碳纤维布外表面地浸渍树脂( 应涂饱满，用量不小于400 g /m2 ) 硬化前，在其上均匀撒布2 ～ 3 号硅砂，撒布硅砂1 kg /m2 ，当强度形成后，即可在硅砂表面涂刷一层丙稀氨基或氟系涂料( 颜色应与混凝土本色接近) 进行装饰。
    4． 4 加固效果
    加固后经过检验，底涂和上涂树脂胶渗入碳纤维束良好，碳纤维布粘结密实无空隙、无滑移、翘起、松脱现象; 粘贴位置、长度、宽度、层数符合设计规定; 涂装符合施工验收规范。经过两年实际使用观察，各项加固质量效果良好，未再出现新的裂缝。 
    5· 结语 
    粘贴碳纤维布加固技术是一种新型的加固技术，已经得到较为广泛的应用。该项技术是结构性加固技术，对于桥梁的安全运行致关重要。