碳纤维布在旧桥加固中的应用

—— 107 国道沙河桥桥梁加固工程

文 / 未丽红

一、工程概述

沙河大桥位于 107 线河北省沙河市境内，修建于 1978 年，施工单位是原河北省公路工程二队。该桥中心桩号 K420+863 ，桥梁全长 664.3m ，桥面布置为净 11m +2* 1m ，上部结构为 33 孔等跨 20m 简支 T 型梁结构，每跨 7 片梁，支座为钢板切线式支座；桥面铺装为钢筋混凝土，中心厚度为 14.25cm ，边缘厚度 6cm ；下部结构为双柱式墩台，基础为双排灌注桩。桥梁的设计载荷为：汽— 20 ，挂— 100 。

二、主要病害

主梁裂缝。由于弯矩作用，腹板在跨中范围（ ?l ～ ?l ）普遍出现竖向裂缝；由于剪力作用，腹板在支座范围（ 0 ～ ?l 、 ?l ～ l ）普遍出现斜裂缝；由于支座处的冲击力和梁端支座处混凝土强度不足，致使个别梁在支点至端头范围，腹板出现 20o ～ 45o 的斜向裂缝， 3 # 、 6 # 、 18 # 墩上的梁腹板端头也有此类病害。

三、维修加固原则

根据桥梁结构理论计算、荷载试验及桥梁技术状况调查，按以下原则对桥梁加固计算：

（ 1 ）通过维修加固补强，提高桥梁承载力，满足桥梁使用要求；

（ 2 ）消除桥梁现有病害，提高其耐久性；

（ 3 ）使改造后的桥梁达到一、二类桥梁要求。

四、加固基本原理

碳纤维布因碳纤维排列方向不同而使各方向拉伸强度不同，碳纤维布的纤维向与受力向相同时，其拉伸强度最高；反之，拉伸强度最低。一般来说，构件受弯破坏的典型破坏形式是产生横贯受拉区至受压区的集中裂缝，而构件受拉区表面粘贴了碳纤布后，当构件受荷载作用时，裂缝难以进一步扩展。因此，跨中的集中裂缝被“分散”成短小而细碎的裂缝并均匀地分散于构件的受拉区，使构件截面受压区高度增大，在碳纤维的增强作用下，使受弯构件的承载能力增加。

五、施工流程及施工工艺

应用专用的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于混凝土表面，从而达到结构物加固补强效果。该工程使用 TXD-C-30 型碳纤维布，经检验符合碳纤维片修复补强混凝结构工法 YJGF40-2000 的要求。

1 、施工流程

施工准备→混凝土表面处理→配置并涂刷底层树脂→配置找平材料并对不平整处进行找平处理→配置并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂，粘贴碳纤维布→表面防护。

2 、施工工艺

⑴对被加固混凝土表面作打磨处理，清除表面风化层，露出新茬，清除灰尘，保持清洁，按设计要求对裂缝进行灌缝处理，并用修复材料将表面修复平整。

⑵涂刷底层树脂。将表面处理树脂按规定配置并搅拌均匀，用短毛滚均匀涂刷在待施工的界面上，不得有遗漏处。

⑶涂刷找平树脂。待底层树脂表面指触（ 3 ～ 5h ）不粘手后，按规定配置并搅拌均匀找平树脂，找平基面，做到基面平整无凹陷处。

⑷涂刷浸渍树脂。待找平树脂指触（ 3 ～ 5h ）不粘手已基本固化后，即可将浸渍树脂按规定配置并搅拌均匀，均匀涂刷在粘贴处，厚度约 3 ～ 5mm ，不得有过厚、过薄或有遗漏处。

⑸粘贴碳纤维布。将碳纤维单向布展开、拉紧，平铺在涂有浸渍树脂的基面上，用手轻压，采用专用消泡滚顺纤维方向从中间向两边或沿一边多次滚压，挤出气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。要做到碳纤维单向布平、直，中间无空穴、无气泡。

⑹多层粘贴时应重复上述步骤，并宜在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴。

⑺在铺设滚压最后一层单向布后，应做一次最后的压平、整理，并再涂浸渍树脂，厚度约 1 ～ 2mm 。

⑻加固层完全固化时间约 7d ，完全固化后即可根据设计要求，涂刷防护及装饰外用面漆。

施工宜在温度 5 ℃ 以上环境条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。同时应避免基材表面温度与环境温度相差太大，防止粘贴后产生“露”，保证湿度≤ 85% 。

六、加固优点及探讨意见

碳纤维单向布具有高强度、高弹性模量和耐久性好等优点。

1 、材料轻质高强

碳纤维布的抗拉强度比同截面钢材高 7 ～ 10 倍，将它用环氧树脂与钢筋混凝土构件粘贴后，能可靠地与构件形成一体、共同工作，具有优异的补强效果，而结构自重的增加几乎可以忽略。碳纤维布重量轻，施工时不用任何重型设备，其又很薄不需要较大的空间。尤其是在该工程加固空间紧张的情况下，更能显示这一优越性。

2 、有极好的耐久性

由于加固只使用碳纤维和配套树脂，因而不会出现生锈，并具有耐酸、碱、盐和大气环境腐蚀等性能，碳纤维布本身还具有优异的耐热性能和极好的抗化学作用。

3 、保持结构原状，外形美观

碳纤维布便于随构件原形裁剪、贴附。修复补强不增加构件高宽尺寸及体积，且表面可以涂刷、粘贴饰面材料、防火材料。

4 、施工简便、快捷

施工中不需要大量人力设备及大型机械，在 107 沙河大桥加固工程中使用碳纤维布加固主梁，经初步计算节省投资约 300 万元，减少了施工周期 2 个月，还解决了施工中不断交的难题，取得了较大的经济效益和社会效益。

　　为促进该项新技术、新材料的快速发展，建议有关单位应尽快组织力量，制定完整的设计、施工、质量检验和验收标准等技术规范。

　　综上所述，粘贴碳纤维复合材料新技术是加固钢筋混凝土结构行之有效的方法，值得推广应用。通过对桥梁进行加固前后对比试验，力学性能显著得到提高，据试验研究统计粘贴一层碳纤维单向布的梁板，其抗弯性能可提高 5 ～ 8% 。此技术与其他粘钢、喷射混凝土等加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。

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