張洪旭

中鐵建大橋工程局集團(tuán)第三工程有限公司，天津 300000

1 工程概況

某高速公路橋梁分左右兩幅，每幅19跨，上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土空心板，下部為樁柱式橋墩。橋梁左幅、右幅斜交角分別為12°、0°，橋面寬21m，跨徑組合為19m×15.4m。橋梁交通流量較大，隨使用時(shí)間的延長(zhǎng)，在行車荷載、降雨、日曬等因素的交替作用下，橋面鋪裝層、板底等多處存在裂縫，亟須對(duì)其采取維修加固措施，使其盡快恢復(fù)正常使用的狀態(tài)。

2 橋梁病害描述

實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該橋梁橋面鋪裝層、蓋梁等部位均存在病害，梁端、鉸縫等處有結(jié)構(gòu)受損以及混凝土滲水問題。在該橋梁的各類病害中，以裂縫較為典型，具有分布范圍廣、影響程度深、危害大的特點(diǎn)。病害的總體情況，具體如下：（1）橋面鋪裝層、板底兩處有較多的裂縫，沿鉸縫處縱向開裂，同時(shí)有持續(xù)發(fā)展的變化趨勢(shì)。（2）橋梁跨中、梁端兩處局部存在質(zhì)量問題，如混凝土受損、鋼筋銹蝕等，同時(shí)伴有較多的裂縫。在多類病害的共同作用下，橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受到影響。

3 碳纖維在橋梁裂縫維修加固作業(yè)中的優(yōu)勢(shì)

在具體的橋梁裂縫的維修加固工作中，運(yùn)用碳纖維材料進(jìn)行施工具備以下獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。（1）不影響橋體原有的結(jié)構(gòu)。作為一種具備物理學(xué)性能的材料，碳纖維本身的重量?jī)H占所用鋼材的1/4左右，且其使用方法是后期加工成厚度為0.112～0.168mm的片狀用以橋梁加固，這對(duì)橋體本身的自重結(jié)構(gòu)與外截面形狀基本不產(chǎn)生影響。（2）便于施工。自重輕、操作性強(qiáng)是碳纖維在施工中的一大特點(diǎn)，且遇到箱梁構(gòu)造的作業(yè)時(shí)，使用碳纖維材質(zhì)可以很好地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)操作，在節(jié)省空間的同時(shí)，降低施工成本。（3）加固效果極佳。碳纖維在加固作業(yè)過程中可顯現(xiàn)出特定的物理力學(xué)性能，在與混凝土結(jié)合加固的瞬間，可將其自身強(qiáng)度及模量發(fā)揮到最大，由此提升橋體構(gòu)件的承載力及延性，以實(shí)現(xiàn)加固的高強(qiáng)效果。（4）化學(xué)性能穩(wěn)定。相較于其他加固材質(zhì)，碳纖維的化學(xué)性能較為穩(wěn)定，在遇到水泥、酸堿鹽等物質(zhì)時(shí)，不輕易與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可保持原有材質(zhì)特有的耐腐蝕性和使用的耐久性。（5）適用性強(qiáng)。作為一種典型的柔性材料，碳纖維可隨時(shí)展開裁剪及拼裝，適用性極強(qiáng)，在不改變?cè)泄こ探Y(jié)構(gòu)特性的同時(shí)，可以提高整個(gè)項(xiàng)目的穩(wěn)固質(zhì)量，因此該材質(zhì)可以廣泛運(yùn)用于各項(xiàng)工程的加固作業(yè)。

4 碳纖維加固技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

橋梁裂縫維修加固的技術(shù)手段較多，現(xiàn)階段以碳纖維加固技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，其采用高強(qiáng)度復(fù)合型材料CFRP，通過對(duì)裂縫覆蓋范圍的界定、找平等相關(guān)處理后，將碳纖維粘貼在混凝土表面，從而切實(shí)提高結(jié)構(gòu)的承受能力，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

溫度是影響碳纖維粘貼效果的關(guān)鍵因素，以5～35℃為宜，不宜在溫度偏高或偏低的環(huán)境中施工。此外，膠黏劑固化效果也會(huì)受到環(huán)境溫度的影響，是應(yīng)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容?；炷帘砻婧试?%以上時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水分的處理，采取烘干處理措施，使待粘貼的表面維持干燥的狀態(tài)。此外，還可選擇專門的膠黏劑配方，以適應(yīng)實(shí)際施工環(huán)境[1]。

4.1 裂縫混凝土基底的處理

（1）精準(zhǔn)界定混凝土基面的劣化層，利用鋼絲輪角磨機(jī)處理該部分，且鑿除賦存在梁底的勾縫砂漿，利用吹風(fēng)機(jī)將該部分清理干凈，直至該處裸露出完整且潔凈的基面。（2）局部有鋼筋銹蝕、脹裂或松散的情況時(shí)，將該處鑿除干凈，在破傷口處刷涂環(huán)氧膠（目的在于將其作為黏合劑使用），利用輕質(zhì)修補(bǔ)砂漿找平。經(jīng)處理后，新舊混凝土需穩(wěn)定結(jié)合，所形成的混凝土保護(hù)層厚度需達(dá)到15mm及以上，平整度為5mm/m。（3）經(jīng)剔鑿、處理銹蝕露筋后，有可能顯現(xiàn)出明顯凹陷或是受損的構(gòu)件，應(yīng)對(duì)該部分予以修補(bǔ)，材料可以選擇輕質(zhì)修補(bǔ)砂漿或是碳纖維。（4）部分基面存在尖銳凸起的情況，可以利用混凝土磨片角磨機(jī)處理，將凸出的部分抹平，也可以利用該設(shè)備處理混凝土模板接頭的階梯狀錯(cuò)位情況。在此環(huán)節(jié)施工中，可利用混凝土磨片角磨機(jī)做倒角處理，直至該處具有圓滑性為止（需滿足R≥2cm的要求）。（5）經(jīng)前述的基面打磨處理后，全面清理該處的粉塵以及松散浮渣，使該部分恢復(fù)至潔凈、干燥的狀態(tài)，以便后續(xù)工作的高效開展。

4.2 碳纖維底層膠的刷涂

（1）在確定待維修加固的區(qū)域后，利用滾筒刷將底膠涂抹在該處，此時(shí)嚴(yán)格控制涂刷層的厚度，要求不超過1mm。（2）待底膠凝固后，對(duì)其做詳細(xì)的檢查，表面存在毛刺則用砂打磨，使其具有平整性。

4.3 找平處理

（1）底膠干燥后，對(duì)其找平，若存在破損、凹陷、凸出或是其他情況，可以利用找平材料予以處理，經(jīng)刮填修補(bǔ)后，使該部分具有足夠的平整性。此外，轉(zhuǎn)角部位的光滑性與圓順性需得到保證，要求該處形成R≥2cm的圓角。（2）找平材料固化后，對(duì)整個(gè)處理面做詳細(xì)的檢查，若有毛刺則將其清理干凈，此時(shí)依然可采取用砂打磨的方法。

4.4 浸漬樹脂的涂刷

取適量黏結(jié)膠，利用毛刷或滾刷均勻涂抹至混凝土表面處，此時(shí)需著重控制黏結(jié)膠涂面的范圍，即不可小于粘貼的碳纖維大小。

4.5 碳纖維的粘貼

（1）待維修加固的部位經(jīng)過黏結(jié)膠涂抹處理后，在該處鋪覆碳纖維，對(duì)于同一層而言，每張?zhí)祭w維間的搭接均要在纖維方向行進(jìn)；考慮到穩(wěn)定性要求，碳纖維沿纖維受力方向的搭接長(zhǎng)度需達(dá)到100mm及以上，同時(shí)不可在主要受力區(qū)搭接。（2）按照自上而下的順序依次完成立面碳纖維的粘貼作業(yè)，然后利用膠輥沿碳纖維方向反復(fù)碾壓，通過外部施加壓力的方式改善材料的分布狀態(tài)，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維，有利于提高碳纖維和底層黏結(jié)的穩(wěn)定性[2]。

4.6 固化與養(yǎng)護(hù)

（1）碳纖維粘貼工作完成后，安排5d的自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間，使其達(dá)到初步固化的狀態(tài)，遇極端天氣時(shí)，可以利用塑料薄膜覆蓋，起到防護(hù)的作用。（2）樹脂固化過程中，鑒于材料對(duì)溫度較為敏感的特性，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫選擇合適的處理方法，主要工作思路如下：①在氣溫低于5℃時(shí)，可以更換材料，即選用低溫固化樹脂；②若仍使用常規(guī)材料，則要采取加溫措施，確保全過程中溫度不低于5℃。（3）養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)加強(qiáng)對(duì)溫度的檢測(cè)與控制，若氣溫在10℃以下，養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)達(dá)到2周；氣溫在10～20℃時(shí)，可以適當(dāng)縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間，以1～2周為宜，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣溫以及材料成型情況而定；當(dāng)平均氣溫達(dá)到20℃以上時(shí)，正常情況下僅需養(yǎng)護(hù)1周即可。（4）待碳纖維材料完全固化后，對(duì)其做詳細(xì)的檢查，若有空鼓或是氣泡，則利用刀片小范圍地將碳纖維劃開，調(diào)制黏結(jié)膠后，利用注射器針管將其注入，通過材料的應(yīng)用，使空氣或氣泡部位得到有效的填充處理，從而轉(zhuǎn)變?yōu)槊軐?shí)的狀態(tài)。最終，應(yīng)確保黏結(jié)面積達(dá)到95%以上。

4.7 表面的修飾

經(jīng)碳纖維加固處理后，對(duì)已成型且滿足質(zhì)量要求的碳纖維予以保護(hù)涂裝，此階段需重點(diǎn)考慮保護(hù)涂料的性能。在操作時(shí)，工作人員應(yīng)踐行精細(xì)化的作業(yè)理念，做細(xì)微的修飾，使整個(gè)裂縫病害修復(fù)范圍均具有完整性與穩(wěn)定性[3]。

5 碳纖維加固施工的注意事項(xiàng)

（1）涂裝施工前落實(shí)準(zhǔn)備工作，即詳細(xì)清理基層的雜物。待裂縫等病害得到有效的處理后，安排足夠的時(shí)間使其干燥，通常為2h，使土層轉(zhuǎn)變?yōu)楦稍餇顟B(tài)為止。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理，禁止場(chǎng)內(nèi)人員吸煙，以免出現(xiàn)安全事故。（2）逐步完成各道工序的施工以及質(zhì)量檢驗(yàn)工作，若存在問題則及時(shí)處理，直至滿足要求為止，以免因前期質(zhì)量問題處理不到位而影響后續(xù)的施工質(zhì)量。（3）按規(guī)范做好現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收工作，要求黏結(jié)密實(shí)面積至少達(dá)到95%，否則需做進(jìn)一步的處理。（4）碳纖維的豎向、環(huán)向搭接量分別需達(dá)到100mm、200mm，也可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加，保證碳纖維材料具有足夠的穩(wěn)定性。（5）如前文所述，碳纖維對(duì)環(huán)境溫度較為敏感，即現(xiàn)場(chǎng)溫度需達(dá)到5℃及以上，若在5℃以下，則需采取加溫措施或更換其他優(yōu)質(zhì)的材料。此外，還需做到遠(yuǎn)離火源、避免陽光直射。

6 養(yǎng)護(hù)及質(zhì)量檢驗(yàn)

樹脂固化過程中，應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，使材料可以在溫度相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境中成型，發(fā)揮其在裂縫維修加固中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在質(zhì)量檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，要求尺寸位置偏差≤20mm，粘貼空鼓率≤5%，單處空鼓面積≤100cm2。

7 結(jié)束語

綜上所述，裂縫的出現(xiàn)將影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，使其出現(xiàn)承載力偏低、耐久性不足等問題。碳纖維加固技術(shù)在裂縫維修加固中具有較好的應(yīng)用效果，能夠以較為便捷的方式完成相關(guān)工作，裂縫加固效果良好，是一種可行的技術(shù)手段。