摘要：碳纤维筋喷浆加固法修补钢筋混凝土结构，是我国近年来新兴的一种高效外部结构加固方法，本文主要研究了碳纤维筋在混凝土结构加固领域中的应用，从加固技术、施工要点和质量控制三个方面对加固桥梁横隔板进行了研究。通过对实验桥梁加固前与加固后的动载试验对比分析，碳纤维筋喷浆使桥梁的强度和刚度均有了较大程度的提高，达到了较好的加固效果。
关键词：碳纤维筋；开槽植筋；聚合物砂浆
1、前言
近年来，对桥梁的维修加固改造进行的研究越来越多，其中采用碳纤维材料来加固混凝土结构作为一种新兴的方法尤其受到重视。由于传统加固补强技术受材料模量特性、施工工法、施工设备等因素影响，加固效果参差不齐。而新兴的纤维增强材料加固技术，特别是碳纤维筋喷浆加固法修复混凝土结构具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的优点，因此具有极其广泛的应用前景。
本文阐述了碳纤维筋加固技术的优点，并对碳纤维筋喷浆加固技术在混凝土结构中的应用进行了描述，结合该城市提供的工程实例介绍了碳纤维筋加固技术的施工工艺流程和质量控制措施，并分析了影响碳纤维筋加固质量的因素，提出工程施工中应注意的要点。
2、工程概况
本桥结构类型为T梁桥，桥梁全长216.24米，最大跨径30米，桥跨组合7-30米。该桥在长期重载作用下，横隔板出现了不同程度的开裂、剥落、露筋等病害，严重影响到桥梁的整体性，如图 1～图 2所示。
图1 横隔板混凝土剥落、露筋 图2 横隔板开裂侵蚀主梁
3、碳纤维筋加固方案
该桥所处城市重要干道的交通繁忙路段，为了不影响交通，不能进行交通封闭，加固工期短。同时结合该桥的病害状况，加固时应尽量少增加旧桥的荷载。需要在目前加固方案的基础上探索一种加固效果既耐久、方便施工、承载力高且能与原结构有效结合的方法。为此，本工程采用了碳纤维筋喷浆加固法进行桥梁横隔板的加固。
碳纤维喷浆加固法的关键技术一是高强轻质的碳筋材料，二是开槽植筋与聚合物砂浆喷射工艺。采用碳纤维筋加固横隔板，应先在侧面和板底混凝土保护层中开槽，再将碳筋嵌入槽内，用环氧树脂填封固定。施工中采用轨道式液压升降双锯片切缝设备，进行仰面切割开槽。这种加固方法开拓了高强轻质材料和粘贴牢固两个方面的优势，使嵌入的碳纤维筋与横隔板构件共同受力，承载能力明显提高。
3.1 材料特性
3.1.1 碳纤维筋
本次碳纤维筋喷浆加固法中使用的碳纤维筋是采用高强复合材料碳纤维原丝经浸渍乙烯基树脂，经过高温固化而成，具有重量轻，强度高等特点。该材料表面灌注有石榴石材料，与砂浆间的附着力极强。
3.1.2 聚合物砂浆
聚合物砂浆是由水泥、特殊添加剂、粉末状聚合物、碎石与水等混合拌制而成，粘结强度高，热膨胀系数与混凝土类似，因此与原结构旧混凝土表面粘结性较强，使碳纤维筋与原结构共同受力。
3.1.3 植筋胶
本文采用的植筋胶承载快、锚固力大、耐久性能优异，能及时控制基材离层与变形，具有优良的耐老化、耐化学腐蚀性和耐水性。
3.2 施工要点
用碳纤维筋加固桥梁结构构件时，主要施工工艺过程施有：
1）横隔板开植
首先对缺损部位喷射聚合物砂浆，恢复原结构。然后在即将开槽的横隔板上标记开槽线，以保证开槽平整、顺直，然后固定开槽机轨道，进行开槽施工。
2）植碳纤维筋
植筋前，先用吹风机及毛刷清除横隔板混凝土槽内灰尘和杂物等，使植筋胶与混凝土之间能充分连接。再把植筋胶固定在胶枪上，向横隔板槽内挤植筋胶，使植筋胶充分填满横隔板槽 2/3 空间，把碳纤维筋嵌入槽内，然后人工修补碳纤维筋表面。
3）高压射水凿毛
调试高压射水凿毛机械，使高压凿毛机压力达到15MPa。一次喷射混凝土表面，达到混凝土凿毛效果。射水凿毛完成后，人工进行检查，对未达到凿毛要求的混凝土表面，采用人工凿毛。
4）涂抹表面强化剂
混凝土表面强化剂用于增强原结构混凝土表面的密实性，提高与聚合物砂浆的粘结性。混凝土表面干燥后，用刷子或喷涂机涂抹混凝土表面强化剂，以无流坠作为一次涂抹量。
5）喷涂高强聚合物砂浆
用喷涂装置喷涂聚合物砂浆，先修补已剔除处理的横隔板部分，然后进行表面喷浆。最后用钢泥刀抹面，以确保表面的平整与美观。
4、施工质量控制
针对该工艺特点，本文提出施工过程的质量控制要点如下：
1）构件结合面处理：应凿除原混凝土缺陷部分，构件结合面凿毛凹凸差不宜小于 6mm，并露出粗骨料；
2）开槽机开槽：要求开槽深度、宽度复核设计要求，圆滑顺直。植筋槽清理要彻底，无灰尘积水。植筋胶性能符合设计要求，植筋槽内植筋胶饱满；
3）表面结合：采用表面强化剂涂抹均匀、无流坠；
4）安装质量：碳纤维筋安装应顺直，数量和间距应满足设计要求；
5）砂浆回落：喷涂聚合物砂浆时，砂浆回落率应小于 5.0%；
6）平整度：聚合物砂浆喷射摸平后，用两米直尺检测表面平整度应小于 5.0mm。
5、加固效果验证
本次加固工程在不影响交通的情况下正常施工，对破损的横隔板进行了植筋补强，加固后效果如图 3 示。
图4 加固前、后荷载试验对比图
其中，挠度幅值比未实施加固工程之前降低 28.5%，动应变幅值比未实施加固工程之前降低28.9%，说明该桥经过加固后，结构刚度和强度均有所提升，承载能力大大提高。
6、结论
针对桥梁横隔板开裂的特点，通过采用碳纤维筋配合喷射聚合物砂浆进行加固。在待加固的混凝土保护层中开槽，再嵌入碳筋，碳筋通过粘结剂与构件形成整体。通过实桥验证，该加固方法充分利用了纤维筋的抗拉伸强度和砂浆与钢筋混凝土结构的温缩模量近似的特性，加固结果表明不仅钢筋混凝土结构的承载能力得到显著地提高，也可以较好地约束裂缝发展，同时加固后桥梁荷载增加较小，达到了维修、加固、利用与修旧翻新的综合作用。
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论文作者:肖路
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/1
标签：碳纤维论文; 开槽论文; 砂浆论文; 横隔论文; 聚合物论文; 混凝土论文; 桥梁论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;