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摘要：本文介绍了采用碳纤维加固某旧桥的施工方法，达到了对结构补强加固及改善受力性能的预期目的。
关键词：碳纤维布加固施工技术
碳纤维布具有高抗拉强度、高弹性模量、质量轻、厚度薄、耐腐蚀性能好、使用方便等重点，所以碳纤维布加固钢筋混凝土结构是新兴的一种加固技术。该技术是利用树脂类材料将碳纤维布粘贴于结构或构件表面，使碳纤维布与混凝土形成一个复合性整体，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。碳纤维布加固技术具有施工便捷、用途广泛、不改变结构形状及重量等特点，有很大的研究推广价值。
1工程概况
某高速公路第八设计段有120多万土石方要从设计的3号取土场取料进行路基填筑，该填筑路段走向与附近蜿蜒的头道花园河基本一致，与3号取土场隔河相望，仅一县道以4-20m钢筋混凝土T梁跨河通过。头道花园河河床主要是巨粒卵石和大孤石，雨季和冰融季节水流量大而急，每秒达300m3以上，修建便桥难度特别大。但该旧桥是于80年代修建，上、下部结构均采用的是C25混凝土；设计荷载标准为汽-20、挂-100级，人群荷载3.0KN/m2，设计抗震烈度为6度。通过对该桥进行现场检查、检测，发现该桥病害较多，主要集中在桥面开裂、破损严重， T梁跨中截面出现竖向受力裂缝，1/4跨处出现弯剪裂缝等。结构承载力基本满足设计要求，但安全储备不是很足，安全系数偏低。而附近高速公路施工期间经过该桥多为重载车且车流量大。经过比选，决定采取加固该旧桥的方案来实现跨河至3号取土场取料。
2加固方案及施工工艺
具体加固方案为：一是将原桥面整体化层及铺装层整体凿除，然后植筋，按要求一次性加厚施工桥面整体化层，替代了原桥水泥混凝土整体化屋及沥青混凝土桥面铺装；二是用改性环氧树脂进行裂缝处理及用碳纤维布加固梁体。碳纤维布加固方法，在T梁底粘贴与梁同宽的通长碳纤维布条2层，并在端部5m范围内按20cm间距粘贴100mm宽单层碳纤维布“U”形箍，以便更好的将梁底碳纤维布加以固定及增大端部抗剪强度。在翼缘根部，粘贴一层碳纤维布压条。
2.1裂缝处理
（1）表面清理
用打磨机将混凝土表面污物及浮浆清理干净，直至露出密实的混凝土结构。对缝宽小于0.2mm的，用改性环氧树脂进行表面涂刷密封；对大于0.2mm的裂缝用改性环氧树脂灌缝修补。
（2）安装底座
在梁的两侧裂缝处各安装两个硅酮橡胶灌浆底座，并用专用底座粘贴胶进行固定，两个灌浆底座的间距约200mm。
（3）裂缝密封
用封缝胶将整条裂缝及可能漏胶的部位进行表面密封，并等待封缝胶的硬化。
（4）灌注改性环氧树脂
将装好低粘度改性环氧树脂灌缝胶的专用注射筒安装至底座上，并加压灌注，直至灌满为止。灌注过程应连续施工，注意不可产生漏浆现象。
（5）拆除底座
待所灌注的改性环氧树脂硬化后，将橡胶底座拆除，并将表面用打磨机打磨平整。
2.2碳纤维布加固工艺
碳纤维布施工工艺流程见图一。
图一 工艺流程图
（1）表面处理
混凝土表面如出现的表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予以剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平，除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物，凸出部位要磨平，转角部位要倒成不小于20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。
（2）涂刷底胶
把底层树脂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入专用容器内。先称量主剂，然后加入固化促进剂，搅拌均匀，1~3分钟后再加入固化剂，并用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间（约30~40分钟）内用完。用专用滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷于混凝土表面，待树脂表面指触干燥（树脂表面达到固化硬结）后，表面上的凸起部分（类似结露的露珠状）要有砂纸或角磨机磨平。
（3）修补找平
用配制的环氧腻子将结构表面凹陷部位填平，并修复至表面平整、顺滑，无楞角。转角处也应修复为光滑的圆弧。腻子涂刮后，表面存在的凹凸糙纹，应用砂纸打磨平整。
（4）粘贴碳纤维布
首先，裁剪碳纤维布。根据要求裁好所需尺寸，并保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位方向一致。严禁斜向裁切碳纤维布，防止出现拉丝现象。裁剪后的碳纤维布卷成卷状，防止褶皱、弯折。然后，配制浸渍胶液。按规定的比例准确称量浸渍胶液的主剂和固化剂，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次配制胶量要以可使用时间（约50~60分钟）内施工所需量为限。最后，粘贴碳纤维布。粘贴前应对粘贴面再次擦拭，确保无粉尘后，将浸渍胶液均匀地涂抹于所要粘贴的部位。涂刷时，必须做到“稳、准、匀”的要求，即：稳，涂刷用力适度，尽量不流不坠不掉；准，在粘贴部位准确进行涂刷，满刷且不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚均匀一致。粘贴碳纤维布时，同样要“稳、准、匀”，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。滚压碳纤维布时，必须用特制的滚筒从一端向另一端多次进行滚压，挤除气泡，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中应让浸渍胶液充分渗透碳纤维布，以达到脱泡、浸润的效果。需要搭接时，沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，并保证搭接部位的胶液浸渍质量。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化（碳纤维表面指触感干燥为宜），再涂第二层时就可达到良好效果，多层粘贴重复以上步聚，在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。
（5）养护
粘贴碳纤维布后应进行养护，特别是在其固化时要防雨淋、防风砂等，严格不受外界干扰和碰撞，养护期约一周。
（6）检验
施工质量检验及验收标准：
a、碳纤维布片粘贴位置的中心线允许偏差不大于10mm，采用钢尺测量全部；
b、碳纤维布片粘贴量不小于设计数量，根据测量计算全部；
c、粘贴质量：单个空鼓面积小于1000mm2时采用充胶修复，不小于1000mm2时采用割除修补；空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%，锤击法全部或抽样检查；
d、粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维布割除，用每边向外缘扩展100mm大小的同样碳纤维布，用同样粘结剂，补贴在原处。
3施工注意事项
（1）固化剂中含有有机过氧化物，应使用玻璃、铝、不锈钢等材料的容器，避免使用铁、铜等制品。底胶和腻子的固化剂与浸渍胶液的固化剂不同，使用时应分清用途，不得用错。
（2）所有材料的计量必须使用计量精度为±1g的计量器，混合的顺序是：先计量树脂，然后添加固化促进剂搅拌1~3分钟，再后添加固化剂搅拌1~3分钟，严禁同时添加固化剂和固化促进剂进行混合。
（3）树脂的混合量应在可使用时间内用完，特别是在进行浸渍胶液的施工时，应考虑浸渍时间再决定混合量。树脂凝化时间一超过，就会发生急剧的固化，不能再进行重复使用，为保证施工质量，一般可使用时间控制在比凝化时间短10分钟左右。主剂、固化剂混合后，严格遵守可使用时间，一旦出现凝化的前兆應立即停止使用。
（4）碳纤维布只有与所加固修补的混凝土表面紧密接触，才可能产生良好的补强效果。需加固部位表面的锐利突起物或楞角，都可能使碳纤维布产生操作而导致强度降低。因此，粘贴碳纤维布前，一定要检查需加固部位表面是否平整，否则应进行打磨，平整度保持在1mm以内。
（5）碳纤维布在运输、储存过程中不得受挤压，以免碳纤维受损，胶结材料应阴凉密闭储存。保管碳纤维布时，应避免日光直射及雨水、灰尘等的侵袭。碳纤维布裁剪后应卷成小卷，防止褶皱。
（6）由于碳纤维为导电材料，施工时应远离电气设备及电源，或采取相应的防护措施。粘结剂的配制应室内进行，其操作环境及施工现场均需保持良好的通风。施工人员应戴防护面罩、手套并着工作服。
（7）各种材料不得污染生活水源。废弃物应按环保要求集中处理，不得直接倾倒大自然或下水道。
4总结
利用碳纤维布加固技术补强后，该桥经历了施工期间高频率重载车的考验，正常使用至今，未出现任何异常现象。
该补强技术操作简便、施工快捷。补强后，不改变结构外形，不增加结构体积和重量，与传统的加固方法相比，具有明显的优越性。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，这项技术的应用也将会更加广阔。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：碳纤维布加固施工技术
碳纤维布具有高抗拉强度、高弹性模量、质量轻、厚度薄、耐腐蚀性能好、使用方便等重点，所以碳纤维布加固钢筋混凝土结构是新兴的一种加固技术。该技术是利用树脂类材料将碳纤维布粘贴于结构或构件表面，使碳纤维布与混凝土形成一个复合性整体，提高结构构件的抗弯、抗剪承载能力，达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。碳纤维布加固技术具有施工便捷、用途广泛、不改变结构形状及重量等特点，有很大的研究推广价值。
1工程概况
某高速公路第八设计段有120多万土石方要从设计的3号取土场取料进行路基填筑，该填筑路段走向与附近蜿蜒的头道花园河基本一致，与3号取土场隔河相望，仅一县道以4-20m钢筋混凝土T梁跨河通过。头道花园河河床主要是巨粒卵石和大孤石，雨季和冰融季节水流量大而急，每秒达300m3以上，修建便桥难度特别大。但该旧桥是于80年代修建，上、下部结构均采用的是C25混凝土；设计荷载标准为汽-20、挂-100级，人群荷载3.0KN/m2，设计抗震烈度为6度。通过对该桥进行现场检查、检测，发现该桥病害较多，主要集中在桥面开裂、破损严重， T梁跨中截面出现竖向受力裂缝，1/4跨处出现弯剪裂缝等。结构承载力基本满足设计要求，但安全储备不是很足，安全系数偏低。而附近高速公路施工期间经过该桥多为重载车且车流量大。经过比选，决定采取加固该旧桥的方案来实现跨河至3号取土场取料。
2加固方案及施工工艺
具体加固方案为：一是将原桥面整体化层及铺装层整体凿除，然后植筋，按要求一次性加厚施工桥面整体化层，替代了原桥水泥混凝土整体化屋及沥青混凝土桥面铺装；二是用改性环氧树脂进行裂缝处理及用碳纤维布加固梁体。碳纤维布加固方法，在T梁底粘贴与梁同宽的通长碳纤维布条2层，并在端部5m范围内按20cm间距粘贴100mm宽单层碳纤维布“U”形箍，以便更好的将梁底碳纤维布加以固定及增大端部抗剪强度。在翼缘根部，粘贴一层碳纤维布压条。
2.1裂缝处理
（1）表面清理
用打磨机将混凝土表面污物及浮浆清理干净，直至露出密实的混凝土结构。对缝宽小于0.2mm的，用改性环氧树脂进行表面涂刷密封；对大于0.2mm的裂缝用改性环氧树脂灌缝修补。
（2）安装底座
在梁的两侧裂缝处各安装两个硅酮橡胶灌浆底座，并用专用底座粘贴胶进行固定，两个灌浆底座的间距约200mm。
（3）裂缝密封
用封缝胶将整条裂缝及可能漏胶的部位进行表面密封，并等待封缝胶的硬化。
（4）灌注改性环氧树脂
将装好低粘度改性环氧树脂灌缝胶的专用注射筒安装至底座上，并加压灌注，直至灌满为止。灌注过程应连续施工，注意不可产生漏浆现象。
（5）拆除底座
待所灌注的改性环氧树脂硬化后，将橡胶底座拆除，并将表面用打磨机打磨平整。
2.2碳纤维布加固工艺
碳纤维布施工工艺流程见图一。
图一 工艺流程图
（1）表面处理
混凝土表面如出现的表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予以剔除，对较大面积的劣质层，在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平，除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物，凸出部位要磨平，转角部位要倒成不小于20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面，若有漏水现象要作止水、导水等处理，被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。
（2）涂刷底胶
把底层树脂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入专用容器内。先称量主剂，然后加入固化促进剂，搅拌均匀，1~3分钟后再加入固化剂，并用搅拌器搅拌均匀；一次调和量应在可使用时间（约30~40分钟）内用完。用专用滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷于混凝土表面，待树脂表面指触干燥（树脂表面达到固化硬结）后，表面上的凸起部分（类似结露的露珠状）要有砂纸或角磨机磨平。
（3）修补找平
用配制的环氧腻子将结构表面凹陷部位填平，并修复至表面平整、顺滑，无楞角。转角处也应修复为光滑的圆弧。腻子涂刮后，表面存在的凹凸糙纹，应用砂纸打磨平整。
（4）粘贴碳纤维布
首先，裁剪碳纤维布。根据要求裁好所需尺寸，并保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位方向一致。严禁斜向裁切碳纤维布，防止出现拉丝现象。裁剪后的碳纤维布卷成卷状，防止褶皱、弯折。然后，配制浸渍胶液。按规定的比例准确称量浸渍胶液的主剂和固化剂，装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次配制胶量要以可使用时间（约50~60分钟）内施工所需量为限。最后，粘贴碳纤维布。粘贴前应对粘贴面再次擦拭，确保无粉尘后，将浸渍胶液均匀地涂抹于所要粘贴的部位。涂刷时，必须做到“稳、准、匀”的要求，即：稳，涂刷用力适度，尽量不流不坠不掉；准，在粘贴部位准确进行涂刷，满刷且不出控制线；匀，涂刷范围内薄厚均匀一致。粘贴碳纤维布时，同样要“稳、准、匀”，使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。滚压碳纤维布时，必须用特制的滚筒从一端向另一端多次进行滚压，挤除气泡，不宜在一个部位反复滚压揉搓，滚压中应让浸渍胶液充分渗透碳纤维布，以达到脱泡、浸润的效果。需要搭接时，沿纤维方向的搭接长度不小于100mm，并保证搭接部位的胶液浸渍质量。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化（碳纤维表面指触感干燥为宜），再涂第二层时就可达到良好效果，多层粘贴重复以上步聚，在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。
（5）养护
粘贴碳纤维布后应进行养护，特别是在其固化时要防雨淋、防风砂等，严格不受外界干扰和碰撞，养护期约一周。
（6）检验
施工质量检验及验收标准：
a、碳纤维布片粘贴位置的中心线允许偏差不大于10mm，采用钢尺测量全部；
b、碳纤维布片粘贴量不小于设计数量，根据测量计算全部；
c、粘贴质量：单个空鼓面积小于1000mm2时采用充胶修复，不小于1000mm2时采用割除修补；空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%，锤击法全部或抽样检查；
d、粘接质量不符合要求需割除修补时，应沿空鼓边沿，将空鼓部分的碳纤维布割除，用每边向外缘扩展100mm大小的同样碳纤维布，用同样粘结剂，补贴在原处。
3施工注意事项
（1）固化剂中含有有机过氧化物，应使用玻璃、铝、不锈钢等材料的容器，避免使用铁、铜等制品。底胶和腻子的固化剂与浸渍胶液的固化剂不同，使用时应分清用途，不得用错。
（2）所有材料的计量必须使用计量精度为±1g的计量器，混合的顺序是：先计量树脂，然后添加固化促进剂搅拌1~3分钟，再后添加固化剂搅拌1~3分钟，严禁同时添加固化剂和固化促进剂进行混合。
（3）树脂的混合量应在可使用时间内用完，特别是在进行浸渍胶液的施工时，应考虑浸渍时间再决定混合量。树脂凝化时间一超过，就会发生急剧的固化，不能再进行重复使用，为保证施工质量，一般可使用时间控制在比凝化时间短10分钟左右。主剂、固化剂混合后，严格遵守可使用时间，一旦出现凝化的前兆應立即停止使用。
（4）碳纤维布只有与所加固修补的混凝土表面紧密接触，才可能产生良好的补强效果。需加固部位表面的锐利突起物或楞角，都可能使碳纤维布产生操作而导致强度降低。因此，粘贴碳纤维布前，一定要检查需加固部位表面是否平整，否则应进行打磨，平整度保持在1mm以内。
（5）碳纤维布在运输、储存过程中不得受挤压，以免碳纤维受损，胶结材料应阴凉密闭储存。保管碳纤维布时，应避免日光直射及雨水、灰尘等的侵袭。碳纤维布裁剪后应卷成小卷，防止褶皱。
（6）由于碳纤维为导电材料，施工时应远离电气设备及电源，或采取相应的防护措施。粘结剂的配制应室内进行，其操作环境及施工现场均需保持良好的通风。施工人员应戴防护面罩、手套并着工作服。
（7）各种材料不得污染生活水源。废弃物应按环保要求集中处理，不得直接倾倒大自然或下水道。
4总结
利用碳纤维布加固技术补强后，该桥经历了施工期间高频率重载车的考验，正常使用至今，未出现任何异常现象。
该补强技术操作简便、施工快捷。补强后，不改变结构外形，不增加结构体积和重量，与传统的加固方法相比，具有明显的优越性。随着有关科研的开展，工程实践经验的积累，这项技术的应用也将会更加广阔。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。