CFS在大堡桥维修加固中的应用

朱曲平

（重庆交大道路桥梁技术研究有限公司，重庆 401122）

0 前言

采用外贴纤维增强聚合物(FRP)对混凝土结构进行补强加固，是20世纪80年代在发达国家首先发展起来的一种高效的结构加固修复技术。目前常用的材料主要有三种：碳纤维增强聚合物（Carbon Fiber Reinforced Polymer）、玻璃纤维增强聚合物（Glass Fiber Reinforced Polymer）、芳纶纤维增强聚合物（Aramid Fiber Reinforced Polymer）。

其中，碳纤维布 (Carbon Fiber Sheet，简称CFS)由于具有高强轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等极其优越的品质，采用高性能粘结剂将其粘贴在混凝土结构表面，与原混凝土结构形成整体共同受力，进而提高混凝土结构的承载能力，从而达到对混凝土结构加固补强的目的。同时，粘贴CFS加固法无需大型施工机具、操作方便、施工工期短、工效高（比粘钢加固工效提高5～6倍），尤其对于异形结构、受恶劣环境影响的结构及抗震能力要求较高的结构，在常规加固技术不能适用的情况下，采用该加固技术更显出其不可取代的优势。

本文在分析了粘贴CFS加固法在大堡桥维修加固工程中的应用成果，总结了粘贴CFS加固法的一般方法和注意事项。

1 工程概况

大堡桥为2×16 m的现浇钢筋混凝土空心板简支梁桥，桥梁全长55.6 m，1999年建成通车。整个桥面呈梯形，桥面宽度布置为：0.50 m（防撞护栏）+32.80 m（行车道）+0.50 m（防撞护栏），内外半幅为分离式桥，桥面纵坡0%、横坡2%。该桥上部承重结构采用C40混凝土现浇，为16 m的预应力空心板梁，板厚0.85 m；下部结构为C30混凝土圆柱式桥墩和M7.5浆砌块石重力式U型桥台。设计荷载为汽-超20，挂-120。

为进一步降低粉尘和噪音，提高行车舒适度和安全性，拟对该桥加铺5 cm沥青混凝土桥面铺装（下封层+2 mm洁净碎石+粘结剂+5 mm橡胶沥青胶粉+4cm改性沥青AC-13C）。由于增加5cm沥青混凝土铺装后，增加了桥梁恒载；再加上该桥原建设施工控制较差，以及交通流量大、重车通行等多种不利因素的影响，该桥在使用6 a后，本身存在较多病害。其中最为突出的是梁板底部出现很多纵横交错的裂缝，最大裂缝宽度在0.05 mm～0.30 mm之间，最大裂缝长度贯穿桥跨及板厚，且大部分存在渗水、甚至蓄水现象，危及桥梁安全。

2 加固方案

经结构验算，该桥加铺5 cm沥青混凝土铺装后，在设计荷载等级汽-超20，挂-120作用下，桥跨结构的正截面抗弯承载力不足，故决定采用粘贴CFS加固法进行加固；即先对梁底混凝土界面进行处理后，在梁底部跨中横向B/11～10B/11范围内粘贴1层CFS、纵向L/5～4L/5范围内粘贴2层CFS进行补强；其中横向CFS宽度为20cm，纵向CFS宽度为30 cm，两个方向的CFS间距均为10 cm。加固工程中所用的主要材料选择及其各项性能参数如表1、表2所列。

表1 加固中所用CFS(日本UT70-30)的性能参数一览表

表2 加固中所用配套粘结树脂的性能参数一览表

3 维修加固施工

3.1 工艺流程

3.1.1 界面处理

（1）首先将梁底面存在的疏松、脆裂及损伤的缺陷混凝土全部凿除，露出新鲜坚实混凝土；如果缺陷部位混凝土钢筋存在锈蚀，则利用人工除锈的方法对钢筋进行除锈处理。

（2）用砂轮机对备粘贴CFS部位混凝土表面全面打磨，以将原混凝土表面的风化劣化层、浮浆、灰尘、油污等清除干净，并用压缩空气吹净，确保备粘贴CFS部位坚固、密实。

（3）对梁底部宽度小于0.15mm的裂缝，用525#水泥拌制的环氧水泥封闭；宽度大于等于0.15 mm的裂缝用“壁可法”低速低压连续自动压注环氧树脂修复。

（4）将实施了裂缝封闭及灌浆处治的混凝土表面凸起处打磨平整；同时，对混凝土凹陷部位，当破损面积较小时用环氧砂浆修补，当破损面积很大时用环氧混凝土修补。

（5）将找平过的混凝土表面清理干净，并确保干燥。

3.1.2 粘贴CFS

（1）按照产品使用说明的规定用量，并结合实际需用量，按比例及产品配置工艺要求调配好配套树脂，并确保随配随用。

（2）用滚筒刷将底层树脂均匀地涂抹在处理好的混凝土表面。待树脂表面指触干燥后即进行碳纤维浸渍树脂的涂刷。

（3）均匀涂刷浸渍树脂于碳纤维表面后，用特制的滚筒沿纤维方向多次滚压，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。注意滚压时不得损伤碳纤维布。

（4）在所配置树脂的固化允许时间内，将CFS置于处治平整的混凝土表面。用专用滚筒将其压到树脂胶液中，顺纤维方向连续滚压，直到胶液由CFS周边被挤出，确保粘贴密实无空洞。

（5）在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行该层碳纤维布端部压条的粘贴，其施工工艺与粘贴主受力CFS相同。

（6）该项加固共需粘贴3层CFS，重复以上步骤进行下一层CFS的粘贴。

（7）用木锤轻轻敲打，进行粘贴CFS的空鼓检验。若发现存在气泡，则用针管注射胶液修补，确保CFS与混凝土之间的总有效粘结面积不小于95%。

3.1.3 表面防护

在CFS粘贴完成并指触凝胶后，再在CFS表面均匀体刷一层浸渍树脂，作为加固部位粘贴CFS的表面防护。也可以采用涂刷环氧砂浆或聚氨酯防护油漆进行防护。

3.2 施工技术要点

3.2.1 界面处理

（1）对混凝土破损凹陷部位的修补，当破损面积较小时用环氧砂浆修补，为避免修补过程中砂浆流淌或脱落，涂抹时宜分层进行，每层厚度3～5mm为宜。当破损面积很大时应采用环氧混凝土进行修补，其施工工艺与普通混凝土基本相同。

（2）对存在较大破损的混凝土缺陷修复时，为使新增部分的混凝土（或砂浆）能与老混凝土良好地结合，在修补之前应首先在待修补混凝土缺陷表面涂刷一层环氧基液，其涂刷厚度以不超过1 mm为宜，且应涂刷均匀。涂刷可采用人工涂刷或喷枪喷射，为求涂刷薄而均匀，可在基液中加入少量丙酮(一般为3%～5%)。对于钢筋和凹凸难于涂刷的部位，应反复多刷几次。

（3）基液涂刷完成后，隔一定时间，使基液树脂将原混凝土表面充分浸润，同时确保基液中的气泡已消除后，方可涂抹环氧砂浆或浇筑环氧混凝土，时间间隔一般为30～60 min。

（4）环氧砂浆的养护最重要的是控制温度。一般，养护温度控制在20±5℃，养护温差不超过5℃为宜。养护时间一般为夏季2 d即可，冬季7 d以上。

3.2.2 胶液配置

（1）所用环氧树脂的选择及胶液的配置应符合规范及设计的要求。根据施工能力，固化剂用量、一次配胶量不宜过大，一般不宜超过1～2kg，并尽可能随用随配，以免因涂刷不及时，反应热不能及时释放、施工环境温度高等引起胶液过快固化，来不及施工。

（2）按比例正确配置主剂、固化剂时，用低速电动搅拌器搅拌，并尽可能少的带入空气，待搅拌至色泽均匀时即开始使用；一般，混合量越大，使用时间越短，为在较高温度下得到更长的使用时间，可将混合的胶粘剂分成几个部分，或是在混合之前降低组分的温度。

3.2.3 粘贴CFS

（1）粘贴CFS应在5℃以上环境温度条件下进行，并且应符合配套树脂的施工使用环境。当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采取升温的措施处理。

（2）对按设计要求裁剪好的CFS浸渍时，应使胶液充分渗透到纤维单丝间的空隙中，以提高单丝共同工作的能力。

（3）将CFS置于加固设计的放线定位处时，可由一人拉紧CFS一端，另一人将浸透的CFS用手轻压到放线部位，用专用滚筒沿梁底粘贴方向由一端向另一端连续滚压。过程中应确保CFS被平直拉紧，无褶皱、无气泡。

（4）整个桥面呈梯形，CFS的最大粘贴长度达到33.80 m，需进行顺纤维方向的搭接。鉴于粘贴CFS的粘结应力主要集中于端部100 mm范围内，且其粘结破坏呈脆性，加上粘结应力一般不会扩展，故搭接长度不得小于100 mm，且搭接端部应平整、无翘曲。

（5）该项加固为多层粘贴CFS，各层CFS的搭接接口应错开布置，错开净距200 mm以上为宜。

3.2.4 其他

（1）环氧树脂材料易挥发、毒性大，因此施工现场必须通风，避免有害气体对人体的不良影响，同时要严格注意防火和劳动保护，操作人员必须戴口罩和橡皮手套。

（2）考虑到汽车行驶荷载引起的振动对粘贴强度的影响，施工时，为使CFS与环氧树脂紧密结合，如条件允许，最好在施工及养生过程中加强交通管制，刚施工的部位禁止车辆通行。

（3）施工过程及施工完毕后，不容许将用过的器具，以及残液等随便抛弃或投入河中，以防止水质污染和发生中毒事故。

4 结语

该桥维修加固于2007年4月进行，由于交通制约，加固时没有中断交通；加固施工完成后全数检查CFS，粘贴质量达到设计及规范要求。行车至今复查，发现CFS与梁底表面粘结良好，有效封闭梁底裂缝、成功防水，加固效果明显。

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