预应力碳纤维粘贴施工技术在桥梁加固中的应用

王　健

摘要：为适应我国公路桥梁养护与加固改造要求，我国各省公路管养部门开展了桥梁加固技术的试验研究和工程实践尝试，积累了丰富的实践经验。本文介绍了桥梁加固的概念以及常用方法，并重点研究了预应力碳纤维粘贴施工技术在桥梁加固中的应用。

关键词：公路桥梁养护；加固改造；预应力；碳纤维粘贴施工

1 公路桥梁加固概述

1.1 公路桥梁加固的概念

桥梁加固是指对有缺陷的桥梁构件进行补强或加宽，改善结构性能，恢复和提高桥梁结构的安全度，提高其承载能力、通行能力，以延长桥梁的使用寿命，使整个桥梁结构可满足规定的承载力要求，并满足规定的使用功能需求，满足并能适应不断发展的交通运输要求。桥梁加固包含两个方面的意思:一个是对己受损桥梁的加固，使其恢复原有结构的抗力或超过原有结构的抗力；另一个是对完好桥梁的加固，使其提高结构抗力或者改善结构功能，以满足新的使用要求。

1.2 公路桥梁常用加固方法

桥梁加固的方法大致分以下几种类型:

加固补强薄弱构件。对于有严重缺陷或因通行重型车辆而不能满足承载力要求的薄弱构件，可以采用新的材料(钢筋、钢板、混凝土、复合材料等)，增大构件截面尺寸、增设外部预应力钢筋或用化学粘贴剂粘贴补强材料等补强措施进行加固补强，这种方法实际上是通过增加构件的刚度或增加受力材料数量来提高原构件的承载能力。

增设辅助构件。在原结构基础上增加新的受力构件，如在多梁式梁桥中为增强横向联系而增设的端横梁、中横梁：又如桩基承载力不足时增设扁担桩、增设扩大承台等。

改变结构体系。不同的结构体系其受力性能不同，通过结构体系的转换来改变原有结构的受力状况，人为地改善原结构受力整体性能，以达到改善和提高桥梁承受荷载能力的目的。例如将有推力体系的拱桥改变成无推力体系的拱桥以改善拱圈、拱脚及拱顶截面的受力状态；又如将原有的多孔简支梁桥通过一定的构造措施改变为连续梁桥，利用连续体系来改善原有简支梁跨中部分的受弯等。结构体系的转变一般都能起到较好的加固补强的效果，但随着体系的改变所形成的新体系中某些构件或截面的受力需按新体系进行认真的检算，并采取相应的措施。

更换构件。桥梁局部构件有严重缺陷而不易修复时，也可采用新的构件替换原有结构。如斜拉桥的拉索锈蚀损坏时，可用新的拉索来替换:当桥梁支座失去功效而不能满足主梁变形受力的要求时，可将主梁顶起更换支座；又如少筋微弯板梁桥的微弯板，破损后不易修复，也可考虑更换；再如双曲拱桥的拱波、刚架拱桥的桥面板等。

2 预应力碳纤维粘贴加固技术施工工艺

粘贴碳纤维加固技术施工工艺流程主要为:构件表面处理——涂刷底层涂料——粘贴面修补整平——养护——表面涂装。

2.1 构件表面处理

将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，达到结构密实部位，使其表面平整；检查外露钢筋是否锈蚀。如有锈蚀，需进行必要处理；对经剔凿、清除和露筋的构件残缺部分，用环氧砂浆进行修补、复原，达到表面平整；裂缝处理。宽度小于0.20mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂抹封闭:大于0.20mm的裂缝用环氧树脂灌缝；将构件表面凸出部分打磨平整，修复后的段差要尽量平顺。

2.2 涂刷底层涂料

把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内，用搅拌器拌合均匀；一次调和量应在可使用时间内用完；在底层涂料中严禁添加溶剂。含有溶剂的毛刷或用溶剂湿了的滚筒不得使用；用滚筒刷均匀地将底层涂料涂刷于混凝土表面，指触干燥后才能进行下一道工序的施工；底层涂料指触干燥或固化后，表面上的凸起部分要用砂布或角磨机磨平。

2.3 粘贴面修补整平

构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，并修复至表面平整、顺滑；内角要用环氧腻子填补，使之平顺。在残缺修补中使用环氧腻子时，要在相对湿度RH85%以下施工。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。

2.4 养护

粘贴碳纤维片后，需自然养护24小时达到固化，且应保证固化期间不受干扰；在每道工序以后树脂硬化之前，宜用塑料薄膜遮挡以防止风沙或雨水侵袭；在树脂硬化期间保证养护温度不低于环氧树脂的允许使用温度。当存在气温降低到5℃以下的可能时，可采用低温固化树脂，或采取有效的加温措施。

2.5 表面涂装

若加固补强构件需要防火时，可在树脂固化后按业主要求涂刷耐火涂层。

对加固补强构件有外观要求时，可在补强后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或喷砂抹灰后涂刷常规涂料。涂装应在树脂初期固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。对新材料新工艺的涂装，事前要做好充分研究，必要时应进行试验，确认以后方可正式使用。

3 碳纤维加固技术的施工要点

碳纤维结构加固技术性能是否能够达到要求的关键是碳纤维材料与混凝土基材的粘结性能能否保证。首先，碳纤维加固施工中基层的处理质量至关重要，基层处理需要特别细致地进行，确保基层质量。基层是否清洁，表面有无浮渣，表层是否平整，都将直接影响粘结质量。在对构件表面进行打磨之前，需要消除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。有裂缝的，需对裂缝进行灌缝或封闭处理；被粘贴的混凝土表面应打磨平整，除去皮层浮浆、油污等杂质，直至完全露出新面。在转角粘贴处还要进行倒角处理并打磨成圆弧状。此后，还要进行找平处理。混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有棱角，转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧。

其次，粘贴碳纤维时，滚压的密实度对枯结性能也有较大影啊。粘贴操作应按如下步骤进行：裁剪碳纤维布——配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位——用特制的滚筒沿纤维方向滚压——多层粘贴重复上述步骤——最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂。在该过程中，应反复多次滚压，尽量排除气泡，以免影响粘结质量。

第三，环境的温度和湿度对粘结质量也有影响。温度过低(小于50C)或过高(大于600C).湿度过大(大于85%)也会影响粘结质量。当环境温度大于60℃时，应采取隔热措施加以防护；当环境温度低于5℃时，应停止施工，否则树脂的固化及最终强度都会受到影响。

4 碳纤维加固技术的施工注意事项

气温在5℃以下、相对湿度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工；由于碳纤维片为电的良导体，剪裁及使用碳纤维片材时应尽量远离电源尤其是高压电线及输电线路；施工用各种树脂远离明火，并避免阳光直射；施工及检查人员应穿防护工作服，配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品；施工现场通风状况良好；当树脂粘附在皮肤上时，应立即用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗或及时就医。

小结

目前我国的桥梁维修加固任务并不是很繁重，一旦桥梁养护加固的高峰到来时，以目前的维修加固技术和技术工程力量将是难以应付的。而且我国新建桥梁技术发展较快，但桥梁养护维修加固技术的发展相对滞后。因此，进一步加强对桥梁的养护维修、加固及技术改造的研究及其工程应用有其重要意义。

随着桥梁加固技术的不断进步，碳纤维粘贴补强技术在理论设计和施工等方面也得到了进一步完善和发展；碳纤维粘贴补强技术也成为目前研究的热点。广大学者和桥梁工作者进行了大量的研究，取得不少成果。但在碳纤维粘贴补强技术的施工工艺方面仍然存在不少需要解决的问题需要解决。

参考文献

[1]邵容光，碳纤维技术在桥梁工程中的应用，东南大学，2001.

[2]彭晖，预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件的试验研究，湖南大学，2002.

[3]陈晓明，碳纤维复合材料在桥梁加固工程中的运用，南昌水专学报，2003.