粘貼碳纖維布橋梁加固法

1  概述

碳纖維復(fù)合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic） 加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來(lái)在發(fā)達(dá)國(guó)家興起的一項(xiàng)新型加固技術(shù)， 該項(xiàng)技術(shù)是將碳素纖維這種高性能纖維應(yīng)用于土木工程， 利用樹(shù)指類(lèi)材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面， 形成復(fù)合材料體 CFRP， 通過(guò)其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作， 達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。

2 粘貼碳纖維布施工工藝

2. 1 施工流程

放設(shè)施工線(xiàn)―基面處理―刷抹漆底膠―刮膩?zhàn)莹D粘貼碳纖維布―養(yǎng)護(hù)―涂刷碳纖維專(zhuān)用漆。

2. 2 施工步驟

（1） 依據(jù)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工范圍內(nèi)的放線(xiàn)作業(yè)。

（2） 將施工區(qū)域內(nèi)用角磨機(jī)對(duì)基面進(jìn)行磨平處理， 磨平時(shí)要見(jiàn)混凝土光面， 并用空氣壓縮機(jī)將粉塵吹干凈， 直至用手觸摸不粘灰為止。

（3） 將底膠按比例配制并攪拌均勻。用短毛滾刷均勻涂抹在磨平部位， 靜置 5-7 小時(shí)， 至手觸摸不沾手方可進(jìn)行下一道工序。底膠拌和里每次不宜過(guò)多， 應(yīng)做到隨用隨拌， 不得使用失效的環(huán)氧樹(shù)脂， 拌和器具應(yīng)干凈清潔， 不得使用已浸過(guò)溶劑的毛滾。

（4） 待底膠干燥后， 按比例拌和環(huán)氧膩?zhàn)樱?并調(diào)和均勻， 用膩?zhàn)庸纹焦ぷ髅娴目硬郏?養(yǎng)生 5-7 小時(shí)。

（5） 粘貼碳纖維布

a. 用砂紙打磨一遍工作面， 并用棉絲將粉塵擦拭干凈。

b. 施放作業(yè)邊界線(xiàn)。

c. 按比例將積層樹(shù)脂進(jìn)行拌和均勻后， 用短毛滾均勻涂抹于工作面上。

d. 將碳纖維布按順序依次粘貼于工作面， 并用消泡滾反復(fù)滾壓碳纖維布表面， 使碳纖維布與工作面緊密結(jié)合， 不至有氣泡存在。

e. 靜置 30-60 分鐘在碳纖維表面再均勻涂一層浸漬樹(shù)脂。涂抹浸漬樹(shù)脂時(shí)， 不得使粘貼的碳纖維布卷起。

（6） 碳纖維在拈貼后， 養(yǎng)護(hù) 24 小時(shí)， 不宜使碳纖維布受潮、 受震，也不得受荷載直接沖撞碳纖維布表面。

（7） 待樹(shù)脂初期硬化后， 在碳纖維布表面涂刷一層碳纖維專(zhuān)用漆，其顏色和原來(lái)結(jié)構(gòu)相同。

2. 3  施工中應(yīng)注意的事項(xiàng)

（1） 施工宜在 5℃以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行， 并應(yīng)符臺(tái)配套樹(shù)脂的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于 5℃時(shí)， 應(yīng)使用適用于低溫的配套樹(shù)脂或采用升溫處理措施。

（2） 在表面處理和粘貼碳纖維布前， 應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線(xiàn)定位。

（3） 樹(shù)脂配制時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品使用說(shuō)明規(guī)定的配比稱(chēng)量置于吝器中， 用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌所用的容器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)。宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度決定樹(shù)脂的每次拌合量， 并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。

（4） 粘貼前板底首先要打磨平整， 除去表層浮漿、 油污等雜質(zhì)， 直至完全露出結(jié)構(gòu)新面， 混凝土表面應(yīng)清理干凈并保持干燥；鋼筋露出部位須做防銹處理， 如損壞程度嚴(yán)重， 須采取其它措施， 以確保安全；轉(zhuǎn)角拈貼處要進(jìn)行倒角處理打磨成圓弧狀， 圖弧半徑不應(yīng)小于 20mm 。

（5） 按比例準(zhǔn)確配制好底膠并攪拌均勻， 注意一次調(diào)和量在可使用時(shí)間內(nèi)用完， 超過(guò)時(shí)間的絕對(duì)不能使用， 以確保粘接質(zhì)量；底膠硬化后，在表面有凸起部分時(shí)， 要用磨光機(jī)或砂紙打光。

（6） 粘貼碳纖維布時(shí)要從中間向兩側(cè)進(jìn)行粘貼， 可避免施工時(shí)產(chǎn)生氣泡影響加固效果。

（7） 碳纖維布配套樹(shù)脂的原料應(yīng)密封儲(chǔ)存， 遠(yuǎn)離火源， 避免陽(yáng)光直接照射。

（8） 樹(shù)脂的配置和使用場(chǎng)所， 應(yīng)保持通風(fēng)良好， 現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)根據(jù)使用樹(shù)脂材料采取相應(yīng)的勞動(dòng)保護(hù)措施。

（9） 涂刷碳纖維專(zhuān)用漆必須等樹(shù)脂初期硬化后再施做， 如表面上仍有不平， 用環(huán)氧樹(shù)脂砂漿作細(xì)部找平后再涂刷碳纖維專(zhuān)用漆。

（10） 碳纖維布的施工應(yīng)由熟悉施工工藝的專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍完成， 并應(yīng)精心組織、 精心施工。

2. 4  施工要點(diǎn)

（1） 碳纖維布應(yīng)按順序依次粘貼于工作面， 并用手輕壓， 采用專(zhuān)業(yè)的消泡輥?lái)樌w維方向從中間向兩邊或沿一邊多次輥壓， 擠出氣泡， 使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布。

（2） 粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整， 除去表面浮塵和油污， 露出混凝土結(jié)構(gòu)新面， 轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧， 圓弧半徑不小于 20mm， 對(duì)于混凝土表面凹陷部位應(yīng)用找補(bǔ)材料填補(bǔ)平整。

2. 5 粘貼碳纖維布質(zhì)量檢驗(yàn)

（1） 重點(diǎn)應(yīng)檢查碳纖維布的材料質(zhì)量和纖維布的粘貼質(zhì)量， 在施工之前應(yīng)檢查纖維布和配套膠的產(chǎn)品質(zhì)量合格證、 產(chǎn)品質(zhì)量出場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合規(guī)范的要求， 碳纖維布與混凝土表面的粘貼應(yīng)用小錘輕輕敲擊的檢查方法， 總有效粘結(jié)面積均應(yīng)大于 95%。

（2） 碳纖維布空鼓部位的處理：碳纖維布粘貼完成后， 應(yīng)對(duì)空鼓部分進(jìn)行處理， 經(jīng)過(guò)業(yè)主、 總監(jiān)理工程師和施工單位的共同協(xié)商， 采用對(duì)空鼓部分用刀片割開(kāi)的方法進(jìn)行處理， 具體方去為：先用刀片對(duì)空鼓部位的碳纖維布割開(kāi)， 割開(kāi)方向順應(yīng)碳纖維布的主纖維方向， 然后用專(zhuān)用的注射器器進(jìn)行注膠， 直至填滿(mǎn)， 然后用手壓平。

3 粘貼碳纖維布加固技術(shù)主要優(yōu)點(diǎn)

粘貼碳纖維布加固技術(shù)， 是近十年在日本首先應(yīng)用和發(fā)展起來(lái)的， 已有一千多個(gè)工程實(shí)例。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：

（1） 性能穩(wěn)定， 具有優(yōu)良的抗化學(xué)腐蝕能力和耐久性能；

 （2） 重量輕， 不增加結(jié)構(gòu)靜載， 具有較高的強(qiáng)度/重量比， 粘貼后原結(jié)構(gòu)的自重及結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)增加得很少；

（3） 強(qiáng)度高， 碳纖維材料抗拉強(qiáng)度是普通鋼材的 8 倍左右， 彈性模量與鋼材接近， 且具有比鋼材更好的抗疲勞性能；

（4） 具有較強(qiáng)的變形性能， 從而能在各種形狀的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行施工，適用面廣；

（5） 容易手工操作， 不需專(zhuān)門(mén)機(jī)械設(shè)備， 施工無(wú)灰塵和噪聲污染，并可不間斷生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)；

（6） 施工質(zhì)量易保證， 由于碳纖維布是柔性的， 即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整， 也基本可以達(dá)到 100%的有效粘貼率。

4 粘貼碳纖維布加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用展望

在過(guò)去的幾十年間， 由于橋梁的設(shè)計(jì)等級(jí)偏低、 施工不當(dāng)、 材料老化嚴(yán)重、 超載和環(huán)境惡劣等系列原因， 鋼筋混凝土橋梁的損壞越來(lái)越嚴(yán)重，對(duì)舊危橋的維修加固已迫在眉睫。碳纖維布具有高強(qiáng)、 輕質(zhì)、 耐腐蝕、 非磁性， 其粘貼加固施工方便、 工期較短等優(yōu)點(diǎn)而廣受?chē)?guó)內(nèi)外關(guān)注。由于粘貼碳纖維加固法有很多優(yōu)點(diǎn)， 在我國(guó)， 有關(guān)部門(mén)已責(zé)成同濟(jì)大學(xué)編訂碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范， 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)， 粘貼碳纖維加固法在橋梁加固中的應(yīng)用必將有廣闊的發(fā)展天地。