1 橋涵蓋板病害產生原因

　　近年來載重汽車噸位的不斷增大，許多橋涵的蓋板出現了混凝土開裂、風化露筋、鋼筋銹蝕等嚴重病害，橋涵蓋板的承載力下降。該病害嚴重地影響到公路行車安全，急需對發(fā)生病害的橋涵蓋板進行加固處理。

　　2 碳纖維布性能指標和加固原理

　　碳纖維聚合物CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 加固混凝土結構，是近十年來在發(fā)達國家中新興的成熟的加固技術，也是國內工程界日漸關注和發(fā)展中的加固應用技術。
　　2.1 碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為23 000 MPa-43 000 MPa，亦高于鋼。因此，CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達2000 MPa/(g*m3)以上，而A3鋼的比強度僅為59 MPa/(g*m3) 左右，其比模量也比鋼高。碳纖維和石墨纖維一般統(tǒng)稱為碳纖維，含碳量都在95%以上，目前具有工業(yè)意義的原絲僅有聚丙烯睛纖維(PAN)和中間相瀝青，各國生產碳纖維主要是以聚丙烯睛纖維為原料，經過高溫碳化等特殊工藝加工成極細的纖維絲(直徑5 pm--10 pm)。我國CECS 146-2003碳纖維QD片材加固混凝土結構技術規(guī)程規(guī)定的碳纖維布的主要力學性能指標要求如表1所示。
　　
　　2.2 碳纖維增強復合材料加固修補橋涵蓋板技術，是利用專門配制的粘結劑將碳纖維片粘貼在橋涵混凝土蓋板構件需補強加固部位表面，使混凝土與碳纖維片形成一體，共同工作的加固修補方式。碳纖維材料具有優(yōu)良的力學性能，其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍;但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又要確保碳纖維布與結構共同工作，從而達到加固的目的。鋼筋混凝土蓋板的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構件受拉區(qū)，代替或補充鋼筋的受拉性能，從而提高構件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應變很小;在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應變增長加快;而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應變增長迅速加快，其高強高效的性能得以充分體現。鋼筋混凝土蓋板的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構件的受剪區(qū)， 這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構件屈服前，碳纖維的應變發(fā)展緩慢，所達到的最大應變值也較小;在構件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應變發(fā)展加快，應變值要高于箍筋的應變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應變發(fā)展緩慢。

　　3 施工工藝及技術要點

　　橋涵蓋板加固工程的施工日期要安排在雨季前或雨季后，以減少雨水對工程的影響。其施工工序為：施工準備；卸荷；混凝土表面處理；配置、涂刷底膠；找平面層并配置找平膠；粘貼碳纖維片材；保護。
　　3.1 施工準備：認真閱讀設計圖紙，根據實際情況擬定施工計劃，備齊施工所需的各種材料及機具。 　3.2 加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。
　　3.3 混凝土表面處理：清除橋涵蓋板底面剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結構層，對于較大面積的劣質層在鑿除后用環(huán)氧砂漿進行修復。用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質，將混凝土面層打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，轉角粘貼處進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm)。用吹風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。
　　3.4 配置、涂刷底膠：按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計量，電動攪拌器均勻攪拌，根據現場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后再進行下一工序施工。一般固化時間為2～3d。
　　3.5 配置找平膠（FE膠）并找平面層混凝土蓋板表面凹陷部位用FE膠填平，模板接頭等出現高度差的部位應用FE膠填補，轉角處用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
　　3.6 粘貼碳纖維片材：按尺寸裁剪碳纖維布，調配、攪拌粘貼碳纖維材料的加固專用膠（FR膠），攪拌至色澤均勻，然后用滾筒刷均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在確定所粘貼部位無誤后剝去離型紙，將碳纖維布拉緊展平并鋪在涂有FR膠基面上，用特制滾子反復沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維。碳纖維沿纖維方向的搭接長度不小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維固定。多層粘貼重復上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥進行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維的表面均勻涂抹FR膠。其厚度為1～2 mm。
　　3.7 保護：加固后的碳纖維布表面應采取抹灰或噴防火涂料進行保護。

　　4 碳纖維加固工程性能評價

　　4.1碳纖維材料性能評價
　　碳纖維的彈性模量與鋼材較為接近，極適合于鋼筋砼結構的加固修復，同時，碳纖維的抗拉強度為普通鋼材的10倍，在達到相同加固效果的情況下，碳纖維的用量比鋼材少得多。
　　碳纖維重量僅為200-300g/m2，約為3mm厚鋼板的1/100，幾乎不增加結構自重，不會引起結構的連鎖補強。
　　 根據有關資料，在弱酸環(huán)境中，經過一萬次的凍融循環(huán)，干濕交替，一定光照時間，70℃熱水中浸泡30天等作用下，碳纖維的耐久性能、抗腐蝕性能、耐老化性能均無降低，疲勞強度仍保留80％。
　　4.2 碳纖維工程技術經濟性能評價
　　與傳統(tǒng)的加固技術相比，碳纖維加固砼技術具有良好的經濟性能，雖然表面上看，碳纖維材料價格相對要高一些，但實際用于加固工程時，其綜合造價卻較低。碳纖維加固工程不需要大型施工機具和輔助機械，節(jié)省了臺班費用；碳纖維屬于輕質柔性材料，易于施工，降低了人工費用；碳纖維具有良好的耐腐蝕性能，不需要定期維護，節(jié)省了維護費用；當碳纖維批量使用時，其材料價格也不斷下降。

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文章來源： 永年加固公司
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