慕長(zhǎng)君

（重慶兆祥建筑工程有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，橋梁作為陸路交通中跨越河流、險(xiǎn)地的重要結(jié)構(gòu)形式，很多年久失修的橋梁工程面臨著承載力不足、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降等問(wèn)題。為有效解決上述問(wèn)題，應(yīng)積極做好橋梁加固與整修工作，確保車輛通行安全。碳纖維材料其具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)、施工便利等諸多優(yōu)勢(shì)，因而在橋梁的加固處理工作中有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

1 碳纖維材料的特性和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)研究

1.1 特性分析

碳纖維材料主要是由高強(qiáng)碳纖維材料與樹(shù)脂材料經(jīng)過(guò)復(fù)雜的制作工藝生產(chǎn)而成，該類材料的力學(xué)特性優(yōu)異。就目前市場(chǎng)上在售的碳纖維布材料而言，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值基本都在3000 MPa以上。同時(shí)，碳纖維布的彈性模量能夠達(dá)到2.1×105MPa，甚至更高。相比于其他加固材料來(lái)說(shuō)，碳纖維材料具有高強(qiáng)度、高模量的突出特點(diǎn)。具體施工期間，需要將碳纖維材料處理之后粘貼在橋梁結(jié)構(gòu)的相應(yīng)位置，加固后的橋梁結(jié)構(gòu)其承載力有顯著的改善。但是，碳纖維材料在橋梁加固工作中也有著一定的局限性，如該類材料的延性較差等[1]。同時(shí)，由于碳纖維材料中添加了樹(shù)脂材料，因而對(duì)于剪力的傳遞受到限制。除此之外，環(huán)氧樹(shù)脂的剪切強(qiáng)度較低，在受到環(huán)境因素的影響下，容易發(fā)生軟化問(wèn)題，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。在適用性方面，由于橋梁結(jié)構(gòu)的不同，因而在應(yīng)用方面也存在一定的限制。碳纖維加固技術(shù)的適用范圍如表1所示。

表1 碳纖維加固技術(shù)的適用范圍

1.2 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

總體而言，應(yīng)用碳纖維材料對(duì)橋梁工程進(jìn)行加固主要具有以下5點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①碳纖維材料有著高強(qiáng)、高效的優(yōu)勢(shì)。尤其對(duì)于舊橋的加固、修補(bǔ)，通過(guò)碳纖維材料的使用，能夠?qū)炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)起到很好的加固作用。這一過(guò)程中，可使碳纖維材料的高強(qiáng)度、高彈性模量方面優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，以此提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的延展性和承載能力，并顯著改善橋梁結(jié)構(gòu)的受力特性，使結(jié)構(gòu)的受力狀況得到優(yōu)化。②碳纖維材料加固施工過(guò)程相對(duì)便捷、簡(jiǎn)單。在使用碳纖維材料進(jìn)行加固施工時(shí)，因?yàn)椴牧系拿芏刃?、材質(zhì)輕，因而施工過(guò)程不需要大型的機(jī)械設(shè)備。同時(shí)，加固期間不需要在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)相關(guān)的固定、支撐設(shè)施，因而施工期間所占的場(chǎng)地面積與范圍較少。具體施工期間，只需要根據(jù)加固范圍，使用剪刀、刀片對(duì)材料進(jìn)行尺寸方面的裁剪，由此看來(lái)施工較為簡(jiǎn)單、便捷。③碳纖維材料的耐腐蝕性與耐久性較好。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)踐證明，在利用碳纖維材料對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固、修補(bǔ)時(shí)，能夠顯著提升結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性與耐久性。在粘貼碳纖維材料之后，能夠省去防銹、維護(hù)、保養(yǎng)等煩瑣的工作，同時(shí)還能有效節(jié)省橋梁的維修費(fèi)用。④碳纖維材料的適用范圍相對(duì)廣泛。應(yīng)用碳纖維材料時(shí)，不受橋梁結(jié)構(gòu)形狀的影響，無(wú)論是矩形、圓形還是曲面結(jié)構(gòu)，都可使用碳纖維材料進(jìn)行加固處理[2]。除此之外，無(wú)論是橋梁的哪個(gè)結(jié)構(gòu)部位，都可應(yīng)用碳纖維材料對(duì)其進(jìn)行加固處理，如板（圖1）、梁（圖2）、柱（圖3）、節(jié)點(diǎn)等部位，都可使用碳纖維材料進(jìn)行修補(bǔ)加固。⑤施工質(zhì)量可控。當(dāng)前使用的加固材料主要以碳纖維布、碳纖維板為主，也有用到碳纖維束等材料。上述材料雖然在加工工藝方面存在較大的不同，但施工質(zhì)量可控。需要注意的是，為提高碳纖維材料的應(yīng)用質(zhì)量，在材料粘貼固化后，要對(duì)表面局部區(qū)域的氣泡進(jìn)行修補(bǔ)，并盡可能提高有效粘貼面的比例。相比于鋼板等其他類型的加固方式，采用碳纖維布進(jìn)行橋梁工程加固有著突出的優(yōu)勢(shì)。

圖1 板的加固

圖2 梁的加固

圖3 柱的加固

2 碳纖維材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

通過(guò)對(duì)碳纖維加固材料進(jìn)行合理的排列，能夠有效提高碳纖維的強(qiáng)度、剛度。隨著碳纖維拉伸方向的改變，材料的拉伸強(qiáng)度存在較大的差異：當(dāng)碳纖維的方向和受力方向保持一致的情況下，材料的拉伸強(qiáng)度會(huì)變強(qiáng)；若纖維方向和結(jié)構(gòu)的受力方向相反，那么材料的拉伸強(qiáng)度會(huì)降低。因此，在應(yīng)用碳纖維材料進(jìn)行橋梁加固工作時(shí)，要控制好材料的排列方式與方向?，F(xiàn)階段，加固處理方法主要有3種：外貼纖維材料加固技術(shù)、預(yù)應(yīng)力碳纖維材料加固技術(shù)以及內(nèi)部纖維材料加筋技術(shù)。其中，前兩種加固方法最為常見(jiàn)，下面就對(duì)碳纖維加固技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 混凝土構(gòu)件的表面處理

首先，在開(kāi)展梁體加固工作之前，要卸去混凝土構(gòu)件上的全部或主要荷載，卸載之后的梁體應(yīng)保持靜置穩(wěn)定狀態(tài)，之后才能開(kāi)展相應(yīng)的加固工作。其次，加固之前要對(duì)混凝土構(gòu)件的表面進(jìn)行清潔，尤其要去除構(gòu)件表面的殘缺部分，并及時(shí)對(duì)表面的殘?jiān)M(jìn)行清掃，以免影響結(jié)構(gòu)的密實(shí)效果。另外，對(duì)于外露的鋼筋要進(jìn)行除銹，以免影響橋梁的加固效果。同時(shí)，對(duì)于沒(méi)有生銹的構(gòu)件，也應(yīng)做好防銹處理。除此之外，加固之前剔鑿的部分要使用混凝土細(xì)石材料進(jìn)行修復(fù)，以確保結(jié)構(gòu)表面的平整效果。如果結(jié)構(gòu)表面的縫寬不超過(guò)0.2 mm，可以使用環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行表面的涂抹、封閉處理[3]；但是，如果表面裂縫的寬度超過(guò)0.2 mm，要利用環(huán)氧樹(shù)脂等材料對(duì)其進(jìn)行灌縫，以免影響到結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。

2.2 底層處理

若加固工作采用碳纖維片或碳纖維布，那么在粘貼片的周邊要做好定位、畫(huà)線工作，具體施工期間要按相關(guān)的修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)底層做出合理的處理。施工時(shí)可使用砂輪等設(shè)備對(duì)橋梁底層混凝土的表面進(jìn)行打磨，除去游離石灰、原漿、粉刷層，確保結(jié)構(gòu)表面的平整性。另外，對(duì)于混凝土構(gòu)件的外露部分，要使用磨光機(jī)等設(shè)備對(duì)其進(jìn)行磨平，之后再進(jìn)行鋪平。有棱角的結(jié)構(gòu)部分要利用砂輪機(jī)進(jìn)行導(dǎo)角，導(dǎo)角圓弧半徑要控制在20 mm左右，同時(shí)還要取最大導(dǎo)角。打磨結(jié)束后，要利用空壓機(jī)將結(jié)構(gòu)表面的磨粉吹干凈，最后用棉紗蘸著丙酮進(jìn)行擦洗，確保表面清潔、干燥。

2.3 涂抹底層涂料

一方面，對(duì)于加固工作中的底層涂料，首先要將主劑、固化劑等倒入到容器內(nèi)，之后再使用專業(yè)的攪拌儀器進(jìn)行均勻的攪拌。需要注意的是，每次涂層材料的配備量，要在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)全部使用，超過(guò)使用時(shí)間的涂料不能用于加固工作，以免影響橋梁加固效果。在進(jìn)行底層涂料的制備期間，不能添加各類型的溶劑，也不能使用含有溶劑的毛刷滾筒。另一方面，涂料制備完成之后，要用滾刷均勻地在加固結(jié)構(gòu)的表面涂抹，同時(shí)還要控制好涂抹的厚度，避免出現(xiàn)粒子。當(dāng)?shù)讓油苛瞎袒螅^察表面是否存在起鼓，如果有起鼓現(xiàn)象要利用砂紙進(jìn)行磨平、打光。涂料涂抹對(duì)外界氣溫有一定的要求，當(dāng)外界溫度未達(dá)到5℃時(shí)，或在雨天環(huán)境下，不能開(kāi)展下一步的施工工作。

2.4 粘貼碳纖維材料

橋梁加固過(guò)程中粘貼碳纖維材料應(yīng)注意以下要點(diǎn)：①對(duì)于碳纖維材料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及粘貼過(guò)程，不能發(fā)生彎折現(xiàn)象，以防碳纖維材料發(fā)生破損問(wèn)題，影響到加固質(zhì)量。當(dāng)碳纖維材料運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)之后，要使用正規(guī)的工具進(jìn)行截切。同時(shí)，還要確保每段的長(zhǎng)度應(yīng)維持在6 cm左右。②碳纖維材料截切之后的銜接處，要使用樹(shù)脂材料進(jìn)行涂刷，在接頭位置的搭接長(zhǎng)度要控制在10 cm以上。③在粘貼碳纖維材料之前，要確認(rèn)施工面的底層涂料以及修補(bǔ)材料處于清潔、干燥的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)底層涂料以及殘缺修補(bǔ)的地方存在問(wèn)題，要在修補(bǔ)完成7 d后，經(jīng)過(guò)表面打磨才能進(jìn)行碳纖維材料的粘貼。④要控制好樹(shù)脂的主劑、固化劑的使用量，尤其要嚴(yán)格控制稱量過(guò)程，將稱重好的材料按照標(biāo)準(zhǔn)比例裝入到容器中，攪拌時(shí)間要控制在2 min以上。⑤貼片之前要使用滾筒進(jìn)行均勻涂抹，涂量要結(jié)合實(shí)際施工面方向以及面層的粗糙程度，做好適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。需要注意的是，對(duì)于結(jié)構(gòu)中拱起、拐角等部位，要適當(dāng)增加涂刷量。殘缺修補(bǔ)的位置也應(yīng)多涂刷樹(shù)脂[4]。⑥粘貼碳纖維材料時(shí)，應(yīng)保證碳纖維面與樹(shù)脂間的緊密效果，粘貼時(shí)應(yīng)確保內(nèi)部空氣被完全排出。在完成碳纖維片的粘貼工作之后，應(yīng)當(dāng)沿纖維方向刮至少4次，確保樹(shù)脂能夠充分滲入碳纖維中。當(dāng)碳纖維材料粘貼完成1.5 h之后，要使用滾筒刷涂抹貼片樹(shù)脂為上涂，這一過(guò)程中要確保碳纖維在移動(dòng)時(shí)，不得把已經(jīng)貼好的碳纖維片卷起。如果碳纖維材料需要鋪貼兩層以上，那么要在補(bǔ)完之后3 d內(nèi)完成內(nèi)鋪貼。施工過(guò)程的質(zhì)量控制對(duì)于橋梁工程加固效果有著至關(guān)重要的影響，因而具體施工期間要嚴(yán)格控制施工技術(shù)與材料，確保橋梁加固之后的承載力與安全性。

2.5 后期養(yǎng)護(hù)

一方面，當(dāng)碳纖維粘貼完成之后，需要滿足24 h的固化時(shí)間，在這24 h內(nèi)不能開(kāi)展其他工種作業(yè)，避免固化過(guò)程受到干擾，同時(shí)為了提高材料的固化效果。另一方面，在養(yǎng)護(hù)期間還要控制好外界環(huán)境的溫度。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)外界溫度控制在20℃左右時(shí)，其固化效果最佳，如果條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)在粘貼完成的14 d內(nèi)，將材料表面的溫度控制在20℃左右。此外，碳纖維材料粘貼完成之后，應(yīng)加強(qiáng)后期的保養(yǎng)工作，保養(yǎng)過(guò)程中要避免觸碰，不能施加壓力。對(duì)于施工完成的項(xiàng)目，要在碳纖維片板周邊設(shè)置相應(yīng)的圍欄以加強(qiáng)保護(hù)。

3 結(jié)語(yǔ)

以往在進(jìn)行橋梁工程施工期間，由于受到材料性能、施工工藝以及管理工作等各類因素的影響，導(dǎo)致橋梁工程存在質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)，隨著車輛運(yùn)載能力的增強(qiáng)，通行車輛數(shù)量的增多，危橋、舊橋的數(shù)量在不斷攀升，因而橋梁加固工作逐漸受到人們的廣泛關(guān)注。在使用碳纖維材料加固橋梁工程時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選用合理的碳纖維材料與施工工藝，加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的把控，以此增強(qiáng)橋梁的運(yùn)輸能力與承載能力。