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碳纖維加固技術(shù)在橋梁工程補(bǔ)強(qiáng)中的施工方法和措施
瀏覽量：1432 發(fā)布時(shí)間：2016.12.15
橋梁工程在使用過程中由于種種原因產(chǎn)生病害，為了達(dá)到使用安全、經(jīng)濟(jì)適用的目的，必須對產(chǎn)生的病害進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)加固和補(bǔ)強(qiáng)。本文針對碳纖維加固技術(shù)在某橋梁工程補(bǔ)強(qiáng)中的實(shí)際應(yīng)用處理實(shí)例，著重介紹了碳纖維加固技術(shù)的施工方法。
碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP） ；橋梁工程；加固；補(bǔ)強(qiáng)。
碳纖維增強(qiáng)聚合物（CFRP）復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、變形小、彈性模量適中、耐腐蝕性和耐久性強(qiáng)、
質(zhì)輕、抗疲勞性優(yōu)異、使用基本不增加結(jié)構(gòu)截面、施工簡便、施工工期短、質(zhì)量易保證、經(jīng)濟(jì)效益高、
且能保證碳纖維與原結(jié)構(gòu)共同作用。
近年來在土木工程領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用得到了迅速發(fā)展。二十年代開始已大量運(yùn)用于建筑結(jié)構(gòu)的加固和補(bǔ)強(qiáng)、抗震加固等。
2加固工程概況
湖州市某大橋主橋?yàn)?1m預(yù)應(yīng)力混凝土下承式桁架拱，引橋?yàn)?65m梁板結(jié)構(gòu)，橋面凈寬 17.5m ，
于1992年建成通車（大橋立面圖）。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展和鄉(xiāng)村的變遷，交通流量急劇增加，該橋預(yù)應(yīng)力混凝土下承式桁架拱橋梁和橫大部分出現(xiàn)裂縫，橋面現(xiàn)澆混凝土造板破損嚴(yán)重，引橋板梁已出現(xiàn)了大量的破裂和孔洞。由于該橋處于江南潮濕地區(qū)，大橋構(gòu)件的大量裂縫長期受潮濕空氣的侵蝕，對橋梁結(jié)構(gòu)的承載能力，使用壽命和橋梁的安全將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。為了確保橋梁的安全使用及橋下港道的
運(yùn)輸通暢，課題組對該橋現(xiàn)狀評估、極限荷載確定試驗(yàn)與研究的基礎(chǔ)上進(jìn)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(yùn)輸?shù)慕煌ㄒ?，附近又是工業(yè)區(qū)和公安要區(qū)，陸岸交通流量大，拆除重建工期較長，工程費(fèi)用過大且造成一定程度上無法避免的浪費(fèi)。
（2）采用新型的碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。
主要利用它極強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度（是普通II級鋼筋抗拉強(qiáng)度的10倍以上，其 彈 性 模 量 也與鋼材相當(dāng)。其自重輕，對原結(jié)構(gòu)的厚度增加很小，加固的后的表面可進(jìn)行各種裝飾噴涂。施工時(shí)不需要特殊及大型機(jī)械設(shè)備，不需中斷水陸交通。不需大的施工空間，施工周期短。經(jīng)過以上各方案的比選，最終選用碳纖維材料進(jìn)行加固，具體加固措施：
2.1上弦桿：兩側(cè)凹槽用C50錨噴砼（含Φ6鋼筋網(wǎng)片）填平，在兩側(cè)及上緣粘貼一層A3鋼板（厚8mm）
，吊點(diǎn)部位上緣加強(qiáng)一層，拱腳部位底緣加強(qiáng)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(gè)桿件環(huán)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(cè)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(yán)重破損，斷裂的構(gòu)件，原構(gòu)件鑿除，按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件設(shè)計(jì)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?lián)p害
嚴(yán)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(diào)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(jìn)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(diào)整橋面橫坡）。
2.8伸縮縫：全橋設(shè)置D60異型鋼伸縮縫四道，共28m；引橋墩頂橋面均做橋面連續(xù)。
2.9限高設(shè)施；根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）8.5.3條人行通道凈空要求?
3?，在橋梁兩端設(shè)置鋼筋砼限高設(shè)施：B×H=4.0m×2.2m，并設(shè)置相應(yīng)警示標(biāo)志牌。
2.10對欄桿破損部分及新?lián)Q板梁處欄桿按原欄桿恢復(fù)。
3主要分項(xiàng)工程的施工順序、施工方法
3.1混凝土結(jié)構(gòu)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(jī)切割片在裂縫處開“V”型槽，用專用裂縫灌注膠在其表面進(jìn)行反復(fù)涂抹，使膠料滲進(jìn)裂縫內(nèi)，達(dá)到對裂縫的封閉彌補(bǔ)。1.2 對寬度＞0.2mm的裂縫應(yīng)采用恒壓灌注法對裂縫進(jìn)行灌注，以達(dá)到對裂縫的封閉彌補(bǔ)，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(shè)置一個(gè)“V”型注入口，注入口位置盡量設(shè)置在裂縫較寬、
開口較暢的部位；
（4）封閉裂縫：除預(yù)留注入口之外，采用封口膠封住裂縫，留出注入口；
（5）安設(shè)塑料底座：用專用快干膠將底座粘于注入口上；
（6）安設(shè)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(rèn)注入狀態(tài)，如膠料不足可補(bǔ)充再繼續(xù)注入；
（8）注入完畢：待注入速度降低確認(rèn)不再進(jìn)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(jié)構(gòu)施工工藝流程：
2.1 混凝土結(jié)構(gòu)表面處理
(1)用鋼絲輪角磨機(jī)清除混凝土表面的劣化層（剝離蜂窩、浮漿、由于腐蝕或風(fēng)化產(chǎn)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(fēng)機(jī)吹凈，露出干凈、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)的表面；
（2）對于混凝土脹裂、松散、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，先鑿除松散部分，對銹蝕鋼筋進(jìn)行手工除銹，然后采
3 用環(huán)氧樹脂作防腐處理，并用環(huán)氧膠泥作為整平材料填補(bǔ)平整。在填補(bǔ)環(huán)氧膠泥前，先在破傷口處涂刷一遍環(huán)氧膠作為粘合劑，以確保新老混凝土粘合良好；
（3）對結(jié)構(gòu)表面蜂窩、麻面等缺陷部位，用環(huán)氧膠泥或碳纖維膠整平材料填補(bǔ)修復(fù)平整或圓滑順暢過渡，以確保構(gòu)件表面平整美觀；
（4）對基面尖銳凸起的部位（混凝土構(gòu)件交接部位，模板段差等）或凸起的轉(zhuǎn)角部位用角磨機(jī)進(jìn)行倒角處理，打磨成弧狀（R=2cm）；
2.2 涂上底膠
(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)用量，算出所涂布面積的底膠用量，視現(xiàn)場氣溫等實(shí)際情況，確保在適用期內(nèi)一次用完，
按底膠規(guī)定的比例把底膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動(dòng)攪拌器攪拌均勻并應(yīng)注意：
a、已配好的底膠超過適用期后嚴(yán)禁使用；
b、在底膠中嚴(yán)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(bǔ)強(qiáng)的混凝土表面，底膠涂刷面邊界應(yīng)不小于所粘貼的碳纖維布大小。應(yīng)注意：施工部位的溫度應(yīng)不低于5℃或高于40℃，相對濕度應(yīng)不小于
70%如遇雨天、混凝土表面結(jié)霧或有水份，應(yīng)用電吹風(fēng)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(xiàn)場氣溫情況，一般需1小時(shí)左右）后，如發(fā)現(xiàn)表面有突起毛刺
或膠瘤，應(yīng)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(yīng)重上底膠；
2.3 修整找平
(1)底膠指觸干燥后，若發(fā)現(xiàn)粘貼表面上有缺損、坑洼、凹陷拐角、模板接頭處出現(xiàn)的高差等情況，應(yīng)
用找平膠進(jìn)行多次刮填修補(bǔ)平整；
（2）等整平材料固化至指觸干燥（視施工現(xiàn)場氣溫情況，一般需1小時(shí)左右）后，如發(fā)現(xiàn)整平部位表
面有突起毛刺，應(yīng)用砂布打磨光順。
2.4 粘貼碳纖維布
(1)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁減碳纖維布應(yīng)注意：
a、碳纖維布的裁剪數(shù)量應(yīng)保證能在當(dāng)天用完；
b、碳纖維布一定要做好防潮處理，避免影響質(zhì)量；
c、碳纖維布在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、裁剪和粘貼過程中應(yīng)避免受到彎折，每天施工所用的裁剪好的碳纖維布應(yīng)妥善保存；
d、碳纖維布為導(dǎo)電材料，使用碳纖維布時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源；
（2）根據(jù)粘結(jié)膠的標(biāo)準(zhǔn)用量，計(jì)算出所涂布面積的需用量，視現(xiàn)場氣溫等實(shí)際情況，確保在適用期內(nèi)一次用完，按粘結(jié)膠使用說明規(guī)定的比例把粘結(jié)膠主劑跟固化劑置于配膠容器中，用電動(dòng)攪拌器攪拌均勻；
（3）用滾刷或毛刷均勻、無遺漏地將粘結(jié)膠涂在選定的混凝土表面，粘結(jié)膠涂布表面應(yīng)不小于所粘貼的碳纖維布的大小。應(yīng)注意：在模板接頭處出現(xiàn)的高差位置和拐角以及碳纖維布搭接部位應(yīng)多涂一些；
（4）地已涂好粘結(jié)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(shè)計(jì)要求，接頭搭接應(yīng)在纖維方向進(jìn)行，并且搭接寬度應(yīng)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(gè)方向或從中間向兩個(gè)方向滾動(dòng)碾壓，
但不允許來回反復(fù)滾動(dòng)，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，形成復(fù)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(yán)禁交叉垂直于碳纖維布方向滾動(dòng)碾壓施工，以免出現(xiàn)折絲滑絲現(xiàn)象；
（6）二層粘貼，應(yīng)重復(fù)上述步驟，在纖維表面粘結(jié)膠固化至指觸干燥后方可進(jìn)行下一層碳纖維布的鋪覆；
（7）自然養(yǎng)護(hù)應(yīng)遵循下述要求：
