表层内嵌碳纤维筋喷浆法在桥梁加固中的应用

吴利芳

(山西省公路局吕梁分局，山西吕梁 033000)

1 概述

由于交通量增加速度较快，且大吨位车辆迅速增加，在一段时期内，我市山区修建于二十世纪六七十年代钢筋混凝土板桥出现病害较为严重。常见的典型病害有:板底开裂、铰缝破损、板底渗水、结晶泛白、混凝土剥落、桥面铺装破损等。采用加固处理的方法有铰缝压浆、粘贴钢板、粘碳纤维布等多种，最常用的是更换病害桥板，重新设置铰缝钢筋，铰缝压浆，重做桥面铺装。这些加固方法有的施工工期长，须中断交通或修建便道，造价较高;有的所采用的加固材料与钢筋混凝土材料的温缩模量存在较大差异，维修加固后的桥梁耐久性一直是亟待解决的问题。本文主要介绍在大游底桥加固时采用的一种加固新工法，利用表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法(E-CFRP)对梁板进行加固，效果良好。表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法是利用高强轻质的碳纤维筋的表层植筋技术与聚合物砂浆喷射加固修复技术相结合，对板桥进行加固的有效方法。文中主要介绍:E-CFRP工法的技术要点、施工工艺流程、质量控制措施、加固效果验证和结论，E-CFRP加固工法的明显特点。

2 桥梁病害

大游底桥位于省道古吴线K49+547处，修建于1966年，上部为实心现浇板，桥跨结构为3孔6.6 m，见图1。该桥在长期重载作用下，桥面铺装破损，多块桥板沿主筋方向有纵向通缝，板底部分混凝土剥落，板底渗水，结晶泛白，缝宽2.2 mm～7.1 mm不等，见图2，该桥经检测评定其技术状况为4类桥，需进行加固处理。

3 加固法的材料性能

本桥利用的材料主要是碳纤维筋和高强聚合物砂浆。

碳纤维筋材料性能为高强轻质，其规格为φ6 mm。经过实验测得其最大抗拉强度为1 900 MPa，为普通钢筋的7倍～10倍;弹性模量为123 000 MPa，断裂伸长率为0.012 mm/mm。

图1 大游底桥全桥图

图2 板底纵向通缝

高强聚合物砂浆性能指标:抗压强度标准值不小于50.00 MPa，收缩性指标不大于14.29 ×10－6，抗剪强度标准值不小于11.24 MPa，粘结强度不小于 2.25 MPa，弹性模量不小于2.35 ×104MPa。

4 加固法的施工技术要点

加固采用的施工工艺是开槽植筋喷射聚合物砂浆施工工艺。首先在板底混凝土表面进行开槽(槽口尺寸10 mm×10 mm)，用植筋胶填满槽孔，再将碳纤维筋嵌入槽内固定，形成植筋加固层。开槽工艺采用轨道式液压升降锯片自动切缝设备，仰面切割开槽的深度、宽度可调。然后是喷射聚合物砂浆工艺。完成植筋后，利用喷浆技术将高强聚合物砂浆按设计厚度(通常20 mm～30 mm厚)修补板底表层混凝土，修补后其表面比原来要厚出10 mm左右。修补工艺先采用射水除去已受到腐蚀的表面混凝土，接着用高压技术在板底进行喷浆并找平，最后按规定养生。

5 桥梁加固的施工方法

1)裂缝处理。本桥加固前，先对桥梁板底混凝土表面裂缝进行了处理。即跨中出现的7.0 m长，2.5 mm～7.3 mm宽的纵向贯通缝采用环氧水泥浆进行封闭处理，处理效果见图3。如果裂缝宽度小于0.15 mm，也可采用压力式化学注胶对裂缝进行封闭。

2)表层内嵌碳纤维筋。在嵌筋之前，要对板梁加固部位进行凿毛处理。清除原结构表面的浮浆、盐污、薄弱层，见到新的坚硬面，其表面构造深度应不小于3.0 mm。混凝土表层内嵌植筋施工步骤:a.对板底存在的裂缝、剥落露筋、蜂窝麻面等薄弱部位进行局部补强;b.沿纵桥向按10.0 mm(宽)×10.0 mm(深)开槽;c.用风机清净植筋槽，在槽口中注满植筋胶;d.用力压入碳纤维筋，待植筋胶完全固化后，将溢出的植筋胶清除;e.固化养生，植筋胶固化前不得扰动已植碳纤维筋，见图4。

图3 纵向裂缝封闭处理

图4 板底开槽植筋

3)喷射高强聚合物砂浆。用15 MPa高压水枪对混凝土表面进行清洗，使梁体表面干湿度保持适中;用喷涂机或刷子对洗净的结构表面喷涂1遍～2遍强化剂，强化剂应渗透至原结构1.0 mm～2.0 mm;喷射高强聚合物砂浆，喷浆找平后厚度增加1.0 cm，见图5;完成表面层喷射并初凝后，进行表面提浆抹平收尾。

4)养生及防腐处理。喷射高强聚合物砂浆终凝后，使用液体成膜养护剂进行养护。养生期间前7 d为湿养期，养生温度控制在5℃～35℃，湿度控制在不小于50%;8 d～28 d阶段为干养期，养护温度控制在5℃以上。待砂浆强度达到设计强度的70%时，在砂浆表面涂抹两次防腐材料，注意涂时方向要一致。选择成膜养护剂时要注意，必须选择成膜速度快、使用耐久性好的材料，在涂抹后2 h内就能成膜且最少能保持一个月时间的材料。当然砂浆的养护也可以采用传统的喷水法进行养护，这种方法比较传统，湿度指标不易控制。

6 桥梁加固过程的质量控制

经过对该桥进行加固，针对本桥采用的加固方法，总结出施工过程中的质量控制要点:1)加固部位混凝土表面处理:须凿除板底已腐蚀表面混凝土缺陷部分，直到露出混凝土粗骨料，凿毛表面凹凸差不宜小于6 mm;2)植筋开槽:机械开槽的深度、宽度应符合设计要求，圆滑顺直。槽内清理彻底，干燥无尘。植筋胶性能符合设计要求，植筋槽内植筋胶饱满;3)碳纤维筋安装:碳纤维筋数量和间距必须符合要求，且保证筋料安装顺直;4)喷浆表面平整度:喷射砂浆抹平后，表面平整度应小于5.0 mm(用2 m直尺检测)。

图5 喷射高强聚合物砂浆

图6 加固效果图

7 结语

本文通过对表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法加固板梁桥的计算分析和工程实践，得到以下结论:1)依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》的相关规定，对大游底桥的加固进行荷载试验，得知挠度幅值降低30.4%，动应变幅值降低27.6%，说明该桥经过加固后，结构刚度和强度均有所提升，其承载能力获得提升，外观修旧如新，达到加固目的，见图6;2)表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法在不中断交通条件下即可完成桥梁的加固，便于施工组织，施工方便，适用性强，社会经济效益明显;3)采用表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法加固板梁桥，对钢筋混凝土梁式桥抗弯加固具有较大潜力，在提高全桥整体刚度的同时，板梁承载能力提高25%左右，达到加固目的;4)表层内嵌碳纤维筋喷浆加固法加固板梁桥，充分利用碳纤维筋高强轻质材料特性提高结构承载能力;并利用高强聚合物砂浆与混凝土温缩一致性、聚合物砂浆的高强超薄性，修缮混凝土表面，达到高强、轻质、耐腐、耐久、经济、美观等特性。

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