摘要：文章简要阐述了碳纤维混凝土材料的特点，从而结合工程实例，针对路桥预应力碳纤维板处理技术要点进行了深入地探讨，并提出了施工过程中注意事项，以供读者借鉴。
关键词：桥梁加固；碳纤维混凝土；锚具制作；碳纤维板张拉
随着我国国经济的持续发展和城市化进程的加快，交通运输业得到了迅速的发展。目前，人们为了解决城市交通问题，加大了路桥工程的建设力度，建设数量随之不断增多，人们对路桥的建设质量要求也变得越来越高。近年来，碳纤维混凝土技术在路桥加固施工中得到了广泛应用，其施工技术水平的高低直接影响到路桥施工的整体质量，因此，探讨路桥施工中碳纤维复合材料的应用具有重要的意义。
1 碳纤维复合材料的特点
（1）具有一定的力学强度。根据相关调查结果显示，预应力碳纤维相对于普通纤维来说，其抗压强度相差不大，但是其受压韧性却得到明显的提升。因此，根据碳纤维这种特殊性能，在路桥施工中使用碳纤维材料，大大提升桥梁的压缩强度、抗弯强度。
（2）具有良好的抗裂性能。碳纤维能够减少桥梁的压缩和变形，当上方运行物体的重量增加时，这种材料就会随着负载增加而将负荷传递给钢纤维，此时桥梁就会受到一种约束力，进而能限制桥梁出现新的变形。
（3）具有一定的抗冲击性能。由于碳纤维本身具有一定的抗冲击性，能够提升桥梁主体结构的抗冲击、抗震能力，钢纤维能达到屈服强度而被拉断。因此，在施工中施工人员要严格按照施工要求，以确保路桥施工质量。
2 路桥预应力碳纤维施工实例分析
2.1 工程概况
竹塘二桥位于东莞凤岗镇乡道 Y008（原X250）线上，中心桩号为 K12+146，北侧通往东莞，南侧通往深圳；全桥总长为 67m，跨径组合为 3×20m；桥面总宽 32.8m，采用双向六车道+两侧人行道桥面布置。该桥分新旧不同的三幅桥，其中，中间桥幅为旧桥，上部结构采用普通钢筋砼简支斜交T梁，左右两侧为拓宽的新桥幅，上部结构采用普 通钢筋砼简支空心板，斜交角度为10°，中幅旧桥的普通钢筋混凝土简支T梁采用30号混凝土，梁高150cm。下部结构为柱式桥墩，桩基础。于1990年建成，设计荷载汽-20 级，挂-100级。
由于该路段车流繁忙，为提高现有桥梁的承载能力，提高桥梁耐久性，对桥梁进行结构加固处理，梁体加固补强方案如下。20m跨T梁，采用50mm宽，3mm厚，极限拉伸强度为2400MPa，极限承载力为360kN的预应力碳纤维板，安装自由长度12.8m，采用单端张拉，张拉时按张拉应力、伸长量双向控制。锚固端及张拉端采用夹片式机械锚具固定，锚具通过M24锚栓固定与T梁上。碳纤维板张拉控制应力为960Mpa，张拉力控制力为144KN。
2.2 材料性能要求
T梁重要构件加固补强采用碳纤维复合材料必须采用聚丙烯腈基不大于12K小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维。碳纤维复合材料安全性能鉴定项目按下表规定采用。
碳纤维复合材料安全性鉴定标准
2.3 预应力碳纤维板处理
2.3.1 锚具制作
根据设计，确定碳纤维板规格、张拉力、加固位置等。施工单位根据设计方案向正规厂家预订采购碳纤维锚具及碳纤维板配套制成成品。锚具可根据情况，在满足张拉力及固定情况下，由厂家进行调整。
2.3.2 施工准备
1）准备施工所需材料及工具。2）根据现场条件搭建施工支架或平台。加固前对梁面缺陷及裂缝进行修复处理。
2.3.3 千斤顶标定，锚固区定位
1）对外购回的千斤顶进行标定。2）用钢筋探测仪或除去混凝土保护层的方法明确原钢筋网和波纹管所在位置，以便能确定锚具的安装位置。3）在混凝土梁面按照设计图纸进行放样，采用钢尺、水平仪等进行定位，根据梁中心线初步预估位置，实际定位须考虑避让钢筋及波纹管进行调整。
2.3.4 基础清理找平
1）在梁面需粘贴碳纤维板的部位，清除表面的各种杂质，除去表面 2~3mm 厚的砂浆层，直至露出坚实的骨料，磨去面上突出的 5mm 以上的毛刺，表面平整度要求≤5mm/m。表层打磨后用强 力鼓风机彻底清除灰尘并保持干燥。2）如表面低洼处较深，无法通过打磨方式获得平整效果，需在碳纤维板经过之处涂抹找平 胶进行表面找平。
2.3.5 化学锚栓打孔、植筋
（1）避开已探明的钢筋位置，用电锤在锚固区及张拉区各打4个植筋孔，钻孔直径φ28±2mm，钻孔深度210±5mm，钻孔时应垂直梁体，孔洞与基面的垂直度为 90°±2°，孔洞中心距离的误差≤10mm；
（2）用手吹风或清孔器吹出孔内灰尘，再用毛刷刷除余尘，如此反复3次，将杂质彻底清理 干净，植化学锚栓前用丙酮或酒精擦拭孔壁、孔底和锚栓；
（3）确认玻璃管锚固包无外观破损、药剂凝固等异常现象之后才可使用。将药包玻璃管圆头 朝内放入洁净的植筋孔，推至孔底。
（4）用电锤将螺杆缓慢旋转强力植入孔底，以使玻璃管挤压破碎并强力混合锚固药剂，但不应采用重锤或扳手将螺杆强行锤入的冲击方式植入。
（5）当旋至孔底时立即停止旋转，确保螺杆顶端在同一平面上且与基面垂直，并能与锚固支 座配合紧密。
（6）在化学锚栓凝胶后至完全固化前的时间内避免触动或振动，至少放置24h才可进行下一步施工。
2.3.6 安装固定端及张拉端锚固体系
（1）待化学锚栓完全固化后，将固定装置及张拉装置与梁面贴合的一面及梁面本身同时涂抹结构胶，抹胶时应中间厚两边薄，厚度≥5mm。
（2）将装置预留孔按对应孔位的位置与化学锚栓紧密贴合，调平之后迅速拧紧螺帽，使其压实。
（3）将碳纤维板锚具两端分别安装在锚固区及张拉区上，用千斤顶施加预紧力到张拉力的3%之后，检查碳纤维板与梁面间是否有接触之处，如有接触需将梁面打磨平整，使其与碳纤维板有至少2mm的缝隙。
（4）将装置周围挤出的结构胶清理干净，在预紧期间结构胶未固化的情况下适当调整固定端及张拉端位置。根据环境温度放置至少1~3天才可进行张拉施工，期间避免振动。待结构胶固化后将碳纤维板从梁上卸下。
2.3.7千斤顶安装，碳纤维板张拉
（1）用丙酮或酒精将碳纤维板与梁面贴合的一面擦洗干净，然后配置碳纤维粘结胶，立即用 滚筒刷将粘结胶均匀涂抹在碳纤维板上，抹胶时应中间厚两边薄，中间抹胶厚度≥5mm，如碳纤维 板与梁面间距较大，抹胶厚度需相应增加。
（2）先在固定端安装上碳纤维板，再在张拉端安装上碳纤维板。
（3）在张拉端安装千斤顶，确保千斤顶中心线与碳纤维板中心线重合，用手动油泵给千斤顶加油，为碳纤维板施加10%的应力，使其绷直预紧，然后回油卸力归零，再次检查整个锚固体系的位置及外观情况，记录张拉端锚具、千斤顶活塞等的初始位置。
（4）检查正常后开始张拉，按照10%、20%、30%......90%、100%的应力逐级张拉，每级张拉到 位后拧紧锁紧螺母，保压2分钟，测量并记录
锚具、活塞等位移情况，检查锚固体系各部位受力情况。
（5）当张拉位移超出千斤顶行程时，需先用锁紧螺母拧紧锁死张拉杆，记录此时的张拉力，再卸去千斤顶油压并回程，然后在千斤顶与张拉装置之间垫入合适厚度的钢板，重新用千斤顶张拉，在张拉力达到此前张拉值时继续平稳给力张拉至规定值。
（6）当张拉力施加到 100%时，拧紧锁紧螺母，记录数据并保压 2 分钟。观察无异常现象后卸力。拆除工具拉杆、千斤顶，如张拉杆过长可切除，但锁紧螺母后端至少留30mm。
（7）若梁需对称张拉，需两根碳纤维板同时张拉，确保梁两面施加预应力时的均衡。
2.3.8压紧条安装
在碳纤维板上每隔3米处用螺栓安装固定一件压紧条。压紧条与碳纤维板接触面需涂抹黄油或塞一层橡皮垫，以免损伤碳板。
2.3.9 刷涂保护层，两端锚头防护处理
1）在碳纤维板表面均匀刷涂一层防火漆 2）在两端锚固区放置一层钢筋网格，再用聚合物砂浆刷涂封锚或支模进行浇筑封锚。
2.4 施工注意事项
（1）梁面与碳纤维板接触面不得有毛刺，以免损伤碳板；若为梁两侧张拉，横隔板不得与碳纤维板边有接触，以免影响张拉。
（2）因桥梁钢筋位置可能与设计图纸有偏差。锚固区定位需根据钢筋、波纹管等实际情况进行调整避让。
（3）施工前需检查碳纤维板表面及两端锚头处是否完好无损。使用时需注意两端锚头处轻拿轻放，不得只拿碳板不托着锚头，以免别伤碳板。
（4）化学锚栓植筋时应一次完成，不得中途拔出任何部分。
（5）碳纤维板抹胶时，根据实际情况，在碳板与梁面无接触的部位不需涂抹胶粘剂。一般可在接近固定端及张拉端锚具的最后80mm一段不要涂抹。
（6）张拉时注意安全防护，所有施工人员必须戴安全帽，在张拉力过大时可加装张拉保护罩。
（7）张拉时注意观察千斤顶行程，在接近行程之前即应停止张拉，及时按要求加装垫块后再继续。
（8）两端锚头封锚防护时可在施工现场支木模，预埋钢筋网。
3 结语
总之，由于碳纤维混凝土具有力学强度、韧性及很强的耐磨性等性能，这些性能是确保路桥工程施工质量的重要因素，因此碳纤维混凝土技术在路桥加固施工中得到了推广与应用。在路桥加固施工中利用钢纤维混凝土施工技术，都能达到理想的施工效果，提升路桥施工质量，延长到路桥的使用寿命。
论文作者:尹汉荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/19
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