桥梁碳纤维加固及其施工技术要点分析

      在桥梁维修加固方面，由于高等级公路中桥梁所占比例较大，而高等级公路均是近几年修建的，故桥梁维修加固的高峰大约将在5～10年后就出现，一但桥梁养护加固的高峰到来时，以目前的维修加固技术和技术工程力量将是难以应付的。而且我国新建桥梁技术发展较快，但桥梁养护维修加固技术的发展相对滞后。本文对桥梁碳纤维加固及其施工技术要点分析。
　　一、施工工艺
　　碳纤维材料的粘贴工艺十分重要。优良的施工工艺，先进的管理方法及严格的质量检验是确保碳纤维材料与混凝土结构可靠粘贴、共同工作的保证。碳纤维材料补强加固施工工艺流程及技术控制如下：
　　1．混凝土结构的表面处理。清除混凝土构件表面的疏松、软质、脆裂、松脱等缺陷，要达到表面坚实：构件暴露钢筋需作除锈、防锈处理；对混凝土结构产生的裂缝，缝宽小于0.20mm时用环氧树脂涂抹封闭，当缝宽大于0.20mm时用环氧树脂灌缝。
　　2．粘贴碳纤维材料基层处理。对混凝土构件残缺部分用高于原混凝土强度一个等级的混凝土修补平整。混凝土构件表面的模板段差、浆楞等均须打磨平整形成平顺的斜面，转角处应打磨或填充成表面光滑的圆角，保持被补表面的彻底清洁。
　　3．涂刷界面剂。在处理好的混凝土构件表面涂刷环氧树脂涂料，底层树脂要具有良好的渗透性（渗入约0.5～2.0cm）、稠度和固结速度，能满足不同季节和不同环境下的施工要求。
　　4．构件表面的残缺修补。底层界面剂涂刷后，将构件表面的凹陷填平。对表面仍存在的凸凹糙纹，再打磨平整。
　　5．粘贴碳纤维材料。每道粘贴工艺都要有利于紧密粘贴为原则。将剪裁好的碳纤维材料粘贴在混凝土构件表面，粘贴后再在其表面涂刷一层粘结树脂，在粘贴之前、之后和粘贴过程中所使用的环氧树脂应根据不同的温度、湿度选择好材料种类，掌握好主剂和固化剂之间的材料种类，掌握好主剂和固化剂之间恰当的配比。要尽可能地减少碳纤维粘贴后发生“空鼓”现象。严格掌握贴片位置（要画线定位）和正确搭接，严格掌握好每一道工序的时间间隔，防止碳纤维片的起鼓，脱开和错位。尤其要注意做好脱泡和环氧树脂浸透的有效性。
　　6．养护。碳纤维材料粘贴后，视温度条件，在自然条件下养护7天。
　　7．涂装。补强加固作业完成后，碳纤维材料表面可根据需要，涂刷各种性能和不同颜色的涂装，增加补强的效果。对以上各道工序均有严格的操作要求，操作手必须进行专业的培训，必须具有上岗证。承包单位应具有一定的经验和专业资质证明，以确保“粘贴结合面"可靠工作。
　　碳纤维在施工中经常发生的一种现象就是“空鼓”。关于“空鼓"的产生是难免的，主要由于粘贴表面的不平整（构件表面混凝土蜂窝、麻面、凹陷、凸出等），以及粘贴操作中在纤维片和树脂之间的空气未能全部逸出所致，因而当全部工序完成后将会在内部存留一定数量的气泡，在温度作用下而导致了“空鼓"的产生。检查方法可用小锤逐处敲击听音而以便确定“空鼓”的数量和范围（空鼓的数量和面积）。当涂装完成后3小时至4天内进行“空鼓”处理。
　　二、加固施工技术要点
　　1．混凝土破损区域的清理。（1）对混凝土出现的蜂窝麻面、松散、孔洞、破碎、剥落等缺陷的部位以及钢筋外露区域，可采用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将该处松散、破损、污损的混凝土清除干净，直至露出坚硬密实的基面，同时应注意保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等物质；（2）对于缺陷深度≥10cm，面积≥（10cm×10cm）时，表面要凿成方波型和锯齿状，且凿至坚实层；（3）清理混凝土病害部位时，注意不要损伤梁体原有钢筋（尤其是主筋）；（4）严格按照桥梁维修养护相关规定及要求实施。
　　2．钢筋锈蚀区域的清理。（1）在混凝土表面破损清理完毕后进行；（2）用钢刷清除钢筋表面的浮锈，使之露出光洁部分；
　 （3）对经探查确定的钢筋锈蚀区域，应清除掉混凝土表面的油污、油脂、蜡状物等有机污物。
　　3．钢筋防锈、阻锈的清理。（1）在钢筋锈蚀区域的混凝土表面清理完毕后进行；（2）对外露的钢筋涂刷钢筋保护剂，钢筋保护剂的选用应满足设计提出的材料特性要求，涂刷时满足施工规范要求；（3）对钢筋锈蚀区域采用多功能阻锈剂（表面涂刷型）处理，可滚刷或喷涂于结构表面，选用材料应满足施工规范要求；（4）钢筋保护剂属化学产品，施工过程中应采取必要的防护措施；（5）多功能阻锈剂有很强的渗透性，施工时应配戴手套及口罩，严禁与皮肤直接接触，在水平结构底面施工时，应注意不要滴落到身体或皮肤上任何部位，如已滴落到皮肤表面或眼睛里，应立即用清水冲洗干净并及时就医；（6）根据所选用材料的物理化学性能指标选择合适的施工条件进行施工。
　　4．混凝土破损的修补处理。（1）在混凝土破损区域清理完成以及钢筋除锈、阻锈处理工作完毕后进行；（2）按照桥梁维修养护相关规定及要求，采用与结构混凝土标号相当的环氧修补砂浆对破损区域进行修补，要求修补后结构平整密实；（3）所用环氧砂浆应具有较低的膨胀系数、收缩率和放热温度，并且还应具有较高的粘结力、硬度及抗冲击性能，环氧砂浆的配合比根据试验确定；（4）修补区域如处于潮湿状态，应采取相应措施使修补位置保持干燥，或选用能在潮湿状态下施工的材料，确保修补质量；（5）应根据材料物理化学性质、修补厚度以及气候条件等因素作好养护工作。
　　5．裂缝处理。对结构上、下部存在的所有裂缝进行处理，对于裂缝宽度fw<0.15mm且裂缝深度较浅的细小裂缝可采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理，对于裂缝宽度0.15mm≤fw<0.5mm的裂缝采用裂缝灌注胶或专用环氧树脂浆液进行灌注处理；对于fw≥0.5mm的裂缝进行凿槽嵌补处理。裂缝修补后，材料未硬化前除结构自重和必要的施工机具产生的荷载外，不允许再有其它外荷载（包括车辆荷载）。裂缝灌注方法采用压力灌注法进行施工，采用其它材料及技术时，应得到设计人员及施工监理的批准。
　　6．盖梁及墩柱加固。盖梁及墩柱加固较多采用植筋连接钢筋砼方式。施工须注意如下几点：（1）由于桥墩较高，施工时所搭设施工平台，应保证安全稳定。（2）施工时应对每个墩柱顶箱梁位移进行准确测量，并以此进行盖梁施工。（3）植筋范围内的原混凝土结构一定要认真凿毛，并涂刷界面剂以保证新老混凝土之间的粘结。（4）钢筋防锈蚀措施应根据国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》（GB50046）和《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB/T 8923）的规定执行。（5）施工时垫块顶标高应根据实测梁底标高做相应的调整，以保证垫块顶至梁底净距，工程数量亦做出相应的调整。（6）施工中遇到问题须及时与建设单位、设计单位协商解决。
　　7．钻孔植筋。（1）对照原施工图和竣工图，掌握盖梁墩柱部分的受力主钢筋和构造钢筋的分布情况，精确测量出需植筋的具体位置，并尽量与受力主钢筋、构造钢筋错开布置。必要时采用钢筋定位仪测量原有钢筋位置，确保钻孔不会损伤原桥主筋。植筋孔位与设计位置最大偏移不大于5cm；（2）在较高的位置施工需搭设脚手架时，应增设安全防护；（3）钻孔前用相应的标尺标注钻头以控制钻孔深度，尽量采用专用电锤和振动小的施工工艺，以保证不损伤结构。钻孔施工垂直于植筋部位的结构混凝土，避开原结构受力主筋和结构钢筋。对于Φ16的植筋，钻孔直径控制在20mm；（4）成孔后，首先检查钻孔深度和直径，并用需要植入的钢筋和螺栓试插，当满足要求再用压缩空气吹出孔内积灰，用毛刷擦刷孔壁，然后用压缩空气吹灰。如此反复几次，确保孔中清洁、干爽。禁止用水清洗孔洞；（5）将植筋胶安装在专用注射胶枪中，扣动扳机，使药胶在通过前端混合器后自动混合，前端的药剂舍去不用。在确保混凝土孔洞干燥清洁的情况下，将混合嘴伸入孔的底部，扳动注射器扳机。当孔内压入一定量植筋胶时，注胶枪有3～5cm埋在已注胶中间后，慢慢抽出混合嘴。在向外退出的时候注胶枪沿孔壁旋转退出，以防孔内塞有空气，药剂不密实影响钢筋与混凝土的粘接强度。当植筋胶注入孔内达孔深的2/3时，停止注射植筋胶；（6）将已制作好的植筋材料运至现场，逐根检查钢筋或螺栓有无油污、锈蚀以及植筋的一端是否有弯头等，同时保证钢筋的搭接长度大于35d，保证螺栓的预留长度；（7）植入植筋材料时，应对准孔洞插入，在插入植筋材料时应旋转，尽量排除注胶时堵塞在孔内的空气，以确保植筋材料表面与植筋胶充分结合。植筋材料植入完成时，植筋材料与孔壁之间的空隙完全由植筋胶填满才能保证质量。最好的效果是植筋材料插入时药剂刚好溢出；（8）严格遵守植筋胶的化学凝固时间，植好植筋材料后，在粘合胶固化前，不得使植入的钢筋或螺栓有任何移位，否则将降低种植钢筋或螺栓的粘结强度，待粘合胶完全固化后方可进行其它施工操作。