摘要：隨著中國經濟建設和交通事業的飛速發展，以及不斷上漲的交通壓力趨勢，現有橋梁中有相當一部分由于當時設計荷載標準低造成歷史遺留問題，一些橋梁由于使用功能的改變，難以滿足當前規范使用的需求，亟需進行維修、加固。橋梁板底粘貼碳纖維布加固技術作為一種近期才發展起來的新型加固技術，由于其獨特的材料性能和施工工藝，該材料與配套浸漬膠共同使用成為碳纖維復合材料，可構成完整的性能卓越的碳纖維布片材增強體系，適用于處理橋梁使用荷載增加、工程使用功能改變、材料老化、混凝土強度等級低于設計值、結構裂縫處理、惡劣環境服役構件修繕、防護的加固工程。

關鍵詞：碳纖維布 浸漬膠 找平膠 質量控制 施工工藝

一、引言

鋼筋混凝土橋梁在使用過程中由于自然環境、使用功能改變、疲勞損傷累積等因素的影響，將直接導致結構材料劣化及承載潛力下降。同時，隨著時間的推移，大量的鋼筋混凝土橋梁將步入老化期，這些因素對結構的安全性、適用性及耐久性產生了較大的影響。面對日益艱巨的公路鋼筋混凝土危舊橋梁改造任務，急需找到一種快速、有效、可靠的加固維修方法。粘貼碳纖維布增強復合材料加固混凝土結構技術是一項新型、簡捷、快速的混凝土結構加固技術，深受國內外學者的重視并已得到了較為廣泛的應用和發展。

粘貼碳纖維布結構加固技術是指采用高性能粘貼劑將碳纖維布粘貼在結構構件表面，使兩者共同工作，提高結構構件的（抗彎，抗剪）承載能力，由此而達到對結構或構件進行加固、補強的目的。

表1 碳纖維布和補強用鋼板的物理性能對比

碳纖維布加固技術是近年來發展比較快的一項新型加固技術。由于使用碳纖維布加固具有a、強度高（強度約為普通鋼材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高結構的耐腐蝕性和耐久性；c、自重輕，基本不增加結構自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣；d、施工簡便（不需要大型施工機構及周轉材料），易于操作，經濟性好；e、施工工期短；f、補強效果顯著，能夠有效提高結構物的靜荷載、動荷載、構件剛度、構件的抗蠕變和構件的耐久性，為原鋼筋混凝土構件提供優良的補強效果。并且非常適合在高酸、堿、鹽及大氣腐蝕環境中使用，不會生銹，抗老化和抗疲勞強度高。因此，碳纖維布加固技術在混凝土結構方面已產生較大的效應，目前已經廣泛應用于既有鋼筋混凝土橋梁結構的改造、加固以及施工過程中遇到的已建結構設計變更等工程實際中。

但由于粘貼碳纖維布加固工程的特殊性，涉及材料種類多，技術要求較高，既要有正確的設計計算、規范的施工工藝流程，又要有配套的施工設備及高素質的施工隊伍，因此對碳纖維布加固工程全過程的質量控制尤為重要。

二、粘貼碳纖維布試驗研究及數據分析

通過9根碳纖維布加固補強鋼筋混凝土梁的試驗,主要研究碳纖維布用量對鋼筋混凝土梁受彎性能的影響和作用。

試驗梁為矩形截面簡支梁，分為兩組。截面尺寸均為b*h=100mm*200mm,跨度l=2200mm,凈跨l0=2000mm。Ⅰ組梁：縱筋為2@8，箍筋為Ф6@100，架立筋為2@4；Ⅱ組梁：縱筋,2@10，設計配筋率為0.92%，剪跨區及純彎段內箍筋分別為Ф6@100和Ф6@200，架立筋為2@4。

表2 試驗梁的加固情況與主要試驗結果

試驗結論：

1、碳纖維布補強加固鋼筋混凝土梁時,截面的平均應變仍然符合平截面假定。

2、使用碳纖維布來提高鋼筋混凝土受彎構件承載力的補強加固方法是有效的。粘貼碳纖維布后,試驗梁的受彎承載力明顯提高,其中極限受彎承載力的提高更為顯著。

3、碳纖維布的應用中存在使用效率的問題。試驗研究發現,同樣的碳纖維布用量,分條粘貼的加固效果略好于整條粘貼。

4、構件受彎承載力隨碳纖維布用量的增加而提高,當碳纖維布使用層數較少時提高幅度相對較大,受使用效率的影響,提高幅度隨著碳纖維布層數的增加而減小。

5、碳纖維布用量的增多將使受彎構件的破壞形態由碳纖維被拉斷引起的破壞轉變為混凝土被壓碎的破壞。同時,由于碳纖維為完全彈性材料,它與鋼筋的共同工作會減弱鋼筋塑性變形對提高構件延性的作用,碳纖維布用量過多時,構件延性有所降低。

6、粘貼碳纖維布的試驗梁的撓度小于未加固的梁,說明碳纖維布的使用使構件的抗彎剛度增加。

三、粘貼碳纖維布施工工藝及質量控制

1、施工工藝

（1）、認真閱讀設計圖紙進行放線定位及各種施工準備工作。

（2）、混凝土基面的處理：

a、用角磨機清理混凝土表面的劣化層（剝離、蜂窩、浮漿等），并用高壓清洗機清洗，露出干凈、結構堅實的表面。

b、對于混凝土脹裂、鋼筋銹蝕的現象，先鑿除松散部分，對銹蝕鋼筋進行人工除銹，然后采用環氧樹脂作防腐處理，并用環氧砂漿作為整平材料填補整平。在填補環氧砂漿前，先在混凝土表面涂刷一層環氧純漿液作為粘合劑，以確保新舊混凝土粘合良好。

c、對寬度≤0.15mm的裂縫，使用裂縫封縫膠對其進行封閉處理；

對寬度≧0.15mm的裂縫，使用裂縫灌注膠對其進行注膠處理；

d、對基面經過剔鑿、處理銹蝕露筋可能出現的急劇凹陷、構件缺損部位以及表面凸出部分、用環氧砂漿修復打磨平整或圓滑順暢過渡，以確保結構件表面平整美觀。

e、對基面尖銳凸起的部位（混凝土構件交接部位、模板段差等）用角磨機磨平凸起的轉角或存在的混凝土模板接頭處的階梯狀錯位，用角磨機進行打磨至圓滑（R≧20mm）。

f、清理打磨后基面上的粉塵、松散浮渣后，用清水清洗基面，確保黏貼基面上干凈、無油污并充分干燥。

基面處理完畢后經行自檢工作，自檢合格后請監理進場進行工序驗收，驗收合格后，進行下一道工序。

（3）、涂刷底膠

a、根據標準用量，算出所涂布面積的底膠用量。按規定的比例把底膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻。視現場氣溫等實際情況，配制適量底膠，確保在適用期內一次用完。

應注意：

①?、配好的底膠如超過適用期后絕不能使用；

②、在底膠中嚴禁添加任何溶劑，含有溶劑的毛刷或被溶劑潤濕了的容器、滾筒等工具在未干燥之前不得使用；

b、用滾筒刷或毛刷均勻、無遺漏地將底膠涂在需要補強的混凝土表面，底膠涂布邊界應不小于所黏貼的碳纖維布面積。

應注意：施工部位的溫度應不低于5℃或不高于35℃，相對濕度應小于85%，遇雨天混凝土表面結霧或有水分，應用電吹風將濕潤部位表面處理至干燥后方可施工。

c、等底膠膠凝至接觸干燥（視施工現場氣溫情況，一般需3個小時）后，如發現表面有突起毛刺，應用紗布打磨光順，注意不能將底膠層打磨穿，如有打磨穿的局部應重復操作步驟。

涂刷底膠工作完畢后進行自檢工作，自檢合格后請監理進場經行工序驗收，驗收合格后，進行下一道工序。

（4）、修整找平層

a、底膠接觸干燥后，若發現粘貼表面上有缺損、凹陷拐角、模板接頭處出現高度差等情況，應用找平膠經行刮填修補，保證模板接頭處無明顯高度差，缺損、坑洼平緩順暢，凹陷拐角處填補成R≧30mm的圓角過渡。

整平材料的調劑和使用注意事項與底膠相同。

b、等整平材料固化至接觸干燥（視施工現場氣溫情況，一般需3個小時）后，如發現表面有突起毛刺，應用紗布打磨光順。

修整找平工作完畢后進行自檢工作，自檢合格后請監理進場經行工序驗收，驗收合格后，進行下一道工序。

（5）粘貼碳纖維布

A、按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。應注意：

a、碳纖維布的裁剪數量應保證能在當天用完；

b、碳纖維布一定要做好防潮處理，避免影響質量；

c、碳纖維布在運輸、儲存、裁剪和粘貼過程中應避免受到彎折，每天施工所用的剪裁好的碳纖維布應妥善保存。

d、碳纖維布為導電材料，使用碳纖維布時應盡量遠離電氣設備及電源。

B、將配制好的粘結劑（浸漬膠）均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土面上。根據浸漬膠的標準用量，計算出所涂布的面積的需要量，視現場氣溫等實際情況，確保在適用期內一次用完，按浸漬膠使用說明規定的比例把浸漬膠主劑和固化劑置于配膠容器中，用電動攪拌器攪拌均勻。

應注意：已配好的浸漬膠如超過適用期后不能使用。

C、用滾刷或毛刷均勻、無遺漏地將浸漬膠涂在選定的混凝土表面，浸漬膠涂布面應不小于所粘貼的碳纖維布大小。

應注意：在模板接頭處出現的高度差位置和拐角以及碳纖維布搭接部位處應多涂一些。

D、在已涂好浸漬膠的混凝土表面鋪覆碳纖維布，碳纖維布的鋪覆方向符合設計要求。

E、用專用膠輥或刮板在碳纖維布上沿纖維方向施加壓力并向一個方向或從中間向兩個方向滾動碾壓，但不允許來回反復滾動，使樹脂膠液充分浸漬碳纖維布，形成復合材料，消除氣泡和除去多余樹脂，使碳纖維和底層充分粘接。嚴禁交叉垂直于碳纖維絲方向滾動碾壓施工，以免出現折絲彎絲現象。

F、二層粘貼，應重復上述步驟，在纖維表面粘接膠凝膠固化至指觸干燥后方可進行下一層碳纖維布的鋪覆。

G、應遵循下述自然養護制度：

a、每處施工完成后，自然養護24小時內應確保不受外力硬性沖擊等干擾；

b、每道工序過程中及完工后，宜用塑料薄膜遮擋以防止風沙或雨水侵襲；

c、該工程施工過程平均氣溫一般都高于15℃，自然養護至達到設計強度要求需要3天左右。

H、對粘貼施工完工后的復合材料層，經自然養護至浸漬膠完全固化后，對碳纖維布粘貼面仔細檢查，如果碳纖維布貼層有空鼓或氣泡，在纖維片上打開2個以上的孔，然后采用注射器針管將調制好的浸漬膠注入空鼓或氣泡內填充至密實。應保證密實粘貼面積達到100%。

粘貼碳纖維布工作完畢后進行自檢工作，自檢合格后請監理進場進行工序驗收，驗收合格后，進行下一道工序。

（6）涂刷表層防護膠

在粘貼碳纖維布并形成復合材料凝膠固化后，在復合層表面采用滾筒和刮板均勻涂刷表面防護膠，形成防護層。

涂刷表面膠工作完畢后進行自檢工作，自檢合格后請監理進場進行工序驗收，驗收合格后，進行下一道工序。

（7）表面涂裝

采用超薄型無機聚合物砂漿涂刷于碳纖維表面，使其顏色達到裝飾性效果或與混凝土顏色基本一致。

（8）粘貼碳纖維布過程中的注意事項：

a、浸漬膠浸潤碳纖維布良好。

b、碳纖維布粘貼密實與混凝土結合達到100%。

c、碳纖維布順纖維方向不發生彎曲。

d、順纖維方向搭接長度不小于10㎝，各層之間搭接部位不得位于同一條線上，必須錯開至少50cm。

圖1  粘貼碳纖維布現場施工照片

圖1為甘肅省某高速公路上的一座橋梁粘貼碳纖維布加固的施工現場照片，該項目采用的是C-30型的碳纖維布，每塊板粘貼兩條通長碳纖維布，每隔5m設置一個壓條，每塊板的兩條纖維布之間空余20cm，以便于觀察板底裂縫的發展情況。加固后，呈整板受力，重車通過時，板體下撓度明顯減小，板體振動明顯減小，該橋加固效果良好。

2、質量控制

（1）材料質量控制

碳纖維布及配套樹脂類粘結材料應具有產品合格證，應提供產品規格及主要物理、力學性能指標，具有材料質檢部門出具的檢驗報告，而且物理力學性能指標應符合《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》

表3 碳纖維布主要性能指標

表4 找平膠主要性能指標

表5 浸漬膠主要性能指標

（2） 施工過程和工程驗收的質量控制

a、粘貼碳纖維布加固施工主要在于過程控制，其每一項工序都至關重要，應由具有相應資質及施工能力強的專業施工隊伍施工，且必須嚴格按照施工工藝和材料性能要求經行施工。

b、工程驗收時必須具有碳纖維布及配套樹脂類粘結材料的產品合格證、產品質量出廠檢驗報告。每一道工序結束后均應按施工工藝要求進行檢驗和驗收，合格后方可經行下一道工序的施工，并做好相關的檢驗和驗收記錄。施工結束后的現場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結質量為主，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維布表面的方法來判斷，總有效粘結面積不應低于95%。

四、結束語

綜上所述，粘貼碳纖維布加固技術，是橋梁加固行之有效的新方法，隨著我國經濟的快速發展，交通量日益增大，可以斷言，粘貼碳纖維布加固技術，廣泛應用于橋梁加固已是必然趨勢。