許延杰

(山西交投高速有限公司,山西 太原 030001)

0 前 言

我國目前的橋梁工程項目多建造于20世紀,隨著服役時間的延長以及當前日漸繁重的交通荷載量,很多橋梁工程的耐久性和承載能力顯著降低,不利于橋梁工程的安全、可靠使用，橋梁加固開始受到廣泛關注。在橋梁加固技術中,碳纖維加固技術的優(yōu)勢十分突出,施工便捷,材料耐腐蝕,輕質高強。因此，詳細探究碳纖維加固技術在橋梁加固工程中的應用十分必要。

1 碳纖維材料加固技術的基本原理和優(yōu)勢

1.1 碳纖維加固的原理

碳纖維加固技術主要運用兩種碳纖維材料,一種是碳纖維布,另一種是碳纖維板。這兩種材料的離析性能十分優(yōu)良,尤其是碳纖維布中的碳纖維絲,其配合特殊的樹脂材料能夠顯著發(fā)揮加固功效。同時,碳纖維材料具備十分優(yōu)良的抗拉強度,大概是普通鋼材的10倍左右,經(jīng)過環(huán)氧樹脂浸泡后,能夠生成一種新型的復合材料,也就是單向連續(xù)性的纖維,進一步提升了碳纖維材料的抗拉強度。經(jīng)過浸泡處理后,再綜合運用環(huán)氧樹脂粘結劑,將其沿著受拉方向粘貼在需要被加固的構件表面,使之和被加固構件共同受力,以此來加固橋梁。

1.2 碳纖維加固橋梁的優(yōu)勢

目前碳纖維加固技術在橋梁加固工程中的應用范圍十分廣泛,和其他加固技術相比較來看,其優(yōu)勢也是十分突出的,具體表現(xiàn)如下。

1)施工十分便捷。該技術在實際運用過程中,無需大型的機械設備,且碳纖維材料自身具備較好的柔性特點,可以結合被加固位置的具體情況,進行任意的裁剪處理。整個操作過程簡單易行,且施工效率也極高。

2)具備優(yōu)良的使用性能。碳纖維材料自身具備十分穩(wěn)定的化學性質,和酸、堿、鹽等各種化學物質接觸,不會發(fā)生化學反應。因此，在鋼筋混凝土結構中運用該材料時,能夠避免化學反應而帶來的腐蝕現(xiàn)象,亦可以降低除銹工作的成本費用。

3)熱膨脹系數(shù)較小。因該種材料需要經(jīng)過特殊的浸泡工藝制作,就使得其具備十分微小的熱膨脹系數(shù),其符合標準適用范圍。這種優(yōu)良特性十分獨特,遠遠超過普通其他材料,在橋梁加固工程中運用該材料,能夠顯著提升橋梁工程的穩(wěn)定性。

4)強度較高。一般來說,碳纖維強度為2 400～3 400 MPa。該抗拉強度基本為普通鋼材的10倍以上,然而其彈性模量卻接近于鋼材。因此,將碳纖維材料運用在橋梁加固工程中,受到高強度和高彈性模量的作用,能夠顯著提升橋梁結構的承載能力,極大改善橋梁結構的受力性能。

2 碳纖維材料加固的施工工藝

在運用碳纖維材料加固橋梁工程中,主要的施工工藝流程如下：做好需要加固橋梁表面的清理工作→將需要粘貼碳纖維材料的基底清理干凈→涂抹涂料在清理干凈的底層上→將碳纖維材料粘貼在對應的處理表面上→固化涂裝。

2.1 處理粘貼基底

1)對橋梁構件表面的情況進行簡單的評估,檢查是否存在殘缺部位,是否出現(xiàn)銹蝕情況。若存在殘缺部位,需要進行簡單的處理和修復,且處理的深度需要達到構件的實際位置。對于存在的銹蝕情況,需要將銹蝕問題予以處置。

2)針對橋梁結構中出現(xiàn)的裂縫現(xiàn)象,利用樹脂材料進行修補。若裂縫較小,則采取涂刷密封即可,若裂縫較大,則需要進行灌注處理。

3)將需要粘貼碳纖維材料的范圍進行測量標記,并處理干凈需要粘貼的表面。

4)清理干凈需要粘貼碳纖維材料構件表面的灰塵,可以借助高壓水或者高壓空氣,清理干凈后需要將其晾干才能進行粘貼操作。

2.2 底層涂刷樹脂

首先將一定比例的底膠和固化劑充分混合均勻，然后將底膠均勻地涂抹在構件表面,自然晾干。如果需要進行多次涂刷,則需要等上一層完全風干之后,才能涂刷下一層。當涂抹的底膠完全風干并且固化之后,需要對其表面進行一定的處理,使其保持平整。施工時候的溫濕度也需要進行相應的把握,溫度應保持在5℃以上,空氣濕度應不超過85%,且應盡可能在晴天施工。對于露水,還需要做好一定的防護措施。

2.3 粘貼碳纖維材料

在運用碳纖維片時,需要對其質量進行嚴格把關,嚴格把關制作和運輸?shù)冗^程,同時在裁剪時,還需要嚴格防范折彎現(xiàn)象。在粘貼相鄰位置的碳纖維片的時候,受力方向需要重疊至少20 cm，如果需要進行多層粘貼,也就是超過3層,重疊需要超過30 cm。垂直方向上保持在10 cm左右即可。如果存在多條碳纖維板,且需要平行粘貼,在板間縫隙需要保持在5 mm以上。此外，碳纖維片粘貼時,在粘貼完碳纖維片和樹脂后,要利用橡皮滾筒來滾壓碳纖維,并沿著纖維方向,盡可能的排盡二者間的空氣,確保粘貼質量達標。

3 實 例

碳纖維加固技術在橋梁加固工程中的應用范圍十分廣泛,極大地修補了橋梁工程中的病害,確保了橋梁工程的安全穩(wěn)固性。本文結合實例,就碳纖維加固技術在橋梁加固中的應用進行分析。

3.1 工程概況

某橋梁工程項目建造于1971年,橋梁整體長度約為239.15 m,寬度為12.1 m,總共16孔,孔徑大約為13.9 m。該橋梁工程的上部結構為T型梁,下部結構為樁柱式墩臺。由于該橋梁建造時間過于久遠,加之常年的車輛荷載作用,橋梁出現(xiàn)了不同程度的病害。同時該橋梁的寬度也無法滿足日漸增長的車輛出行需求,需要對該橋梁進行加寬加固處理。經(jīng)過綜合分析,最終決定利用碳纖維加固T型梁,經(jīng)過試驗檢測,加固效果較好。

3.2 碳纖維加固補強施工方案

3.2.1 大橋T型梁主梁抗彎補強方案

分別利用18×1 800(cm)和18×400(cm)碳纖維片在主梁跨中梁底下彎矩壓上,在每一層兩端位置分別設置一道12 cm寬的U型箍,以此來對碳纖維片材進行固定。

3.2.2 大橋T型梁主梁抗剪補強方案

加固位置確定在靠近支點橫隔板的位置,并添加寬度大約為20 cm的U型外包箍、一片主梁設置12道。每一片主梁端部腹板位置,利用寬度約為20 cm的U型橫向的外包箍。

3.3 碳纖維加固補強施工工序

在該橋梁工程加寬加固處理中,嚴格遵循碳纖維加固補強流程：處理干凈大梁構件的表面→對基底進行進一步的清理→將混合好的涂料涂刷在底層→將基底刮平→將一層浸漬樹脂進行仔細的涂刷→將纖維片粘貼在需要加固的位置→再進行一層浸漬樹脂的涂刷→做好后續(xù)的養(yǎng)護保養(yǎng)工作→進行防護材料的涂刷。

在加固施工過程中,需要注意以下事項：①處理干凈混凝土的基礎面,仔細打磨混凝土基礎面,對于其中殘留的泥沙等清理干凈，將各個棱角位置出現(xiàn)的倒角磨圓,確保表面平整干燥清潔,防止不平整或者濕潤導致碳纖維片材無法粘貼牢固,進而出現(xiàn)偏斜和空鼓氣泡；②當基礎面清潔干凈之后,才能進行底膠的涂刷，底膠材料主要由膠材和固化劑混合而成,需要均勻的進行涂刷，當?shù)啄z完全干燥之后,才能進行找平處理；③具體找平作業(yè)時,應按照一定的比例進行找平材料的調配，且需要進行多次修補,方能找平，表面的各種的凹坑需要進行填平處理,且打磨平整各種毛刺，等完全風干之后,進行樹脂涂刷；④碳纖維片粘貼的時候,需要依據(jù)加固位置的實際情況,裁剪大小適宜的碳纖維片。萬不可出現(xiàn)跳絲、扭曲和彎折現(xiàn)象，并裁剪充沛的碳纖維片，依據(jù)相關要求,科學合理配比粘結樹脂。充分攪拌均勻后,并在第一時間內及時進行使用,均勻進行涂抹，選用滾子多次滾壓,確保碳纖維片和樹脂材料得到完全的結合,且將其中的氣泡碾走，粘貼完畢的碳纖維片,待其強度達標前,僅需要做好自然養(yǎng)護即可,避免硬物沖擊；⑤涂刷防護涂層，為確保碳纖維加固材料發(fā)揮加固功效,防止碳纖維層出現(xiàn)老化和損傷,確保加固年限延長。

3.4 碳纖維加固對比分析

該橋梁加固完成后,經(jīng)過測試后發(fā)現(xiàn),橋梁的動靜載荷數(shù)據(jù)得到顯著提升,發(fā)揮了極為有效的加固作用。通過該案例可知,碳纖維加固技術操作簡單,無需大型設備機械,僅需要利用小型電動工具,操作人員數(shù)量要求少,施工效率較高,成本較低,且無需中斷交通,受到施工環(huán)境的影響相對較小,能夠顯著縮短施工工期,社會效益和經(jīng)濟效益都十分顯著。同時,該施工技術能夠顯著提升建筑物的使用壽命,加固費用低廉。和鋼筋混凝土加固比較,碳纖維加固成本可能略高,然其整體工期較短,總成本依然較低。因此,在橋梁的機體出現(xiàn)輕微損壞,工期要求較高,交通流量較大且不宜進行交通中斷的橋梁工程中,碳纖維加固十分適用。同時對于橋梁裂縫的修補也十分友好。若橋梁工程結構出現(xiàn)嚴重破壞,出現(xiàn)了大面積的混凝土碎裂,則需要運用混凝土鋼筋加大截面加固法,該方法工期長,需要中斷交通。

4 結 語

我國橋梁大部分建造于20世紀,隨著服役年限的增加,大部分橋梁開始出現(xiàn)不同程度的病害現(xiàn)象,亟待進行處置。其中碳纖維加固技術在橋梁加固工程中的應用范圍十分廣泛,其施工操作便捷,工期較短,加固效果優(yōu)良。因此，在橋梁工程加固處理中,合理選用碳纖維加固技術十分必要。在實際施工中,需要選擇好碳纖維加固材料,并嚴格依據(jù)施工工藝流程進行施工操作,做好養(yǎng)護處理,確保工程項目達到預期的加固效果。

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