预应力碳纤维板加固混凝土梁施工技术

黄振旭

摘要：碳纤维增强复合材料是一种新型的高强度、高模量、轻质量材料，在桥梁、汽车和航空等领域被广泛应用。在桥梁加固领域，相比于传统的桥梁加固法，碳纤维加固法有着轻质、高强、耐腐以及施工方便等优势，近年来碳纤维加固法成为国内外学者研究的热门课题。本文主要对桥梁预应力碳纤维加固施工的应用进行分析探讨。

关键词：预应力碳纤维加固；桥梁加固；施工应用

前言：近年来，随着我国经济的高速增长和交通量的迅猛增加，许多桥梁已经处于高负荷运营的状态。混凝土结构桥梁会在长期使用环境（如荷载、碳化、冻融、化学介质侵蚀等）作用下，使桥梁构件出现开裂，承载能力降低，缩短了桥梁的使用年限，甚至出现桥梁坍塌情况。为了适应我国未来经济发展的需求，以节约投资和可持续发展为原则，在桥梁梁板结构功能未全部丧失，只是性能相对减弱或是安全度下降的情况下，对其用预应力碳纤维板做补强以及加固处理，使承载能力得到提高、工作性能得到恢复以及使用年限被延长。

1工程简介

某桥梁长度为180m，跨径组合10*18m，属于大桥，该桥宽51m，单跨为18m，主梁采用后张预应力混凝土空心板梁，该桥底部是荒地，桥下净高平均约4米，桥面为双向10车道。如图1：

图1桥梁实景

该桥护类别为II类，养护等级为I等，因主梁承载力检测不足，通过采用预应力碳纤维板进行加固补强。

2预应力碳纤维加固概述

当前，在桥梁加固工程中广泛运用碳纤维板粘贴工艺，该工艺属于被动形式的加固方式。预应力碳纤维板加固技术是在陈旧的粘贴碳纤维板加固技术的基础上进行了创新改进，配合相应的锚具，采用主动加固方式对碳纤维板进行张拉，可以把碳纤维板的高强度特征进行充分发挥，提高混凝土构件的抗弯承载能力，减少结构的裂缝和挠曲变形，在同等受力条件下，同普通粘贴碳纤维板加固方式相比，可以大大减少碳纤维板的用量。

3预应力碳纤维板施工工法

如图2所示为预应力碳纤维板加固平面设计图，结合此图，进一步明确预应力碳纷纷板施工工法，具体如下：

图2 预应力碳纤维板加固平面设计图

3.1预应力碳纤维板系统技术性能要求

1）预应力碳纤维板锚固系统中的碳纤维板、碳纤维板胶、锚固板、锚具需为同一品牌产品，保证其适配性。

2）碳纤维板符合《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）的高强I级的性能指标，且需具有国家权威机构提供的检测报告。采用20mm宽×3.0mm厚规格碳板。

3）碳纤维板胶符合《公路桥梁加固设计规范》（JTG/TJ22-2008）的A级胶的性能指标，且需具有效期为四年的安全性鉴定报告（鉴定报告内工艺性能触变指数≧4.0，耐长期应力性能和耐200万次疲劳应力通过）。

3.2预应力碳纤维板系统加固施工要点

1）施工放样：在梁板底或梁侧面按照设计图纸放样，用钢筋定位仪核定钢筋的位置，并确定碳纤维筋板和两端锚固板及安装锚栓的位置。

2）混凝土表面处理：对两端锚固板槽口安装位置采用机械分条切割，手工开凿施工，槽口深度≧30mm，施工时严禁损伤原结构钢筋；对混凝土基层粘贴表面打磨处理，并保证混凝土基层的表面平整度，再使用吸尘器或鼓风机对粘贴表面进行除尘处理，确保粘贴面平整且无粉尘。

3）锚栓安装：采用电钻按照设计图纸要求及放线位置钻孔种植两端锚固板M12锚栓，锚栓固化或达到设计强度后安装两端锚固板。

4）张拉机具固定：张拉端和固定端锚固板底打磨处理，并涂抹约5mm厚环氧结构胶粘剂，按设计图位置上套入M12锚栓并固定螺丝拧紧；环氧结构胶粘剂初凝后，在锚固板上分别安装锁固座和反力架。

5）碳纤维筋板组装：按照设计要求和现场量测的长度，裁剪碳纤维筋板并使用细砂布轻轻打磨粘贴面，去除表面油污，然后，压入两端锚具。

6）配胶、涂抹结构胶：按厂家规定比例拌制碳板胶，在碳纤维板与梁板混凝土接触面上涂抹胶粘剂，胶粘剂应呈中间厚两边薄状，胶厚度根据原结构混凝土平直度确定。

7）碳纤维筋板及锚具安装：碳纤维筋板组件一端上的高强螺栓穿过固定端锁固座，套入组合垫圈和螺母，另一端上的高强螺栓套入组合垫圈和螺母后安装螺纹接长套及牵引螺杆，然后，牵引螺杆穿过反力架后安装液压千斤顶。

8）碳纤维筋板张拉：

a.旋拧固定端螺母调整碳纤维筋板位置，确保锚具张拉行程。

b.先对碳纤维筋板施加15%的张拉应力，使碳纤维筋板绷直，记录张拉端锚具的初始位置，检查各部件的位置并排除张拉阻碍。

c.液压千斤顶加压分别张拉至设计控制应力的30%、50%和75%的应力值，每一级之间应持荷5分钟。张拉过程中随时检查碳纤维筋板组件的受力状况并记录每级伸长值，严格控制张拉速度，要求缓慢、均匀、平稳。

d.当施加的预应力达到设计控制应力的100%时应持荷5分钟，复验碳纤维筋板组件张拉伸长值与理论伸长值是否满足要求。

e.张拉控制应力为1350MPa（81kN），控制应变为千分之六。当张拉应力值和张拉锚具行程满足要求后，加载3%～5%安装张拉端锁固座并旋紧组合垫圈和螺母，然后，液压千斤顶卸载，拆除反力架、千斤顶等张拉机具。

f.在张拉结束后，即可开始碳纤维板的补胶工作，要求碳纤维板与混凝土之间的缝隙均填满胶粘剂，且碳纤维板边缘胶粘剂饱满并与混凝土面呈45度角。

g.重复上述施工步骤，完成第2～N条碳纤维筋板的安装及张拉。

9）防护：拉锚固完成后，制模浇筑免捣自密实C30混凝土防护。

3.3施工注意事项

1）施工中应严格遵守执行现行《公路桥涵施工技术规范》、《公路养护安全作业规程》、《公路工程施工安全技术规程》进行施工，做到专用设备，专职使用。

2）为确保施工作业安全、结构安全以及能够顺利开展工作，在进行施工的前期必须对施工机具、临时使用的设备以及其它保障措施实行详细核对检查、在保证没有任何问题后再进行施工。

3）碳纤维板属于导电材料，使用碳纤维板时必须要注意远离电源以及电气设备，使用中注意不可以弯折碳纤维板。碳纤维板配套的树脂原料必须要进行密封储存，不能被阳光直射，要远离火源，树脂的配制以及使用场所，必须要通风，需用树脂材料做相应的劳动保护措施。

4）碳纤维施工作业必须根据规范的施工流程进行，需要具有专业技术的人员在每个环节的工序结束后严格进行检查，必须要保证每道工序能够符合要求后，才可以进行下一道工序。

5）在底层涂料进行涂抹的过程当中，为了杜绝漏涂现象出现，施工作业的人员必须进行均匀涂刷，同时注意天气环境，不可以在大风或者环境恶劣的情况下进行施工作业，若在稀释涂料过程中添加了溶剂，必须要在标准的时间使用完毕。若桥梁裂缝其进行加固作业的温度不高于7摄氏度，湿度不高于85.0%，同时，混凝土其表面的含水率低于8.0%，无结露现象，施工人员可以运用改性环氧树脂进行施工作业。

结束语：

综上所述，预应力碳纤维加固技术属于主动加固技术，无需对结构进行卸载，对于桥梁结构无需中断道路交通，且不会影响加固效果。同时与普通碳纤维板加固桥梁工程3-5年的耐久性相比，预应力碳纤维板加固技术的耐久性可长达10年左右，如图3所示为预应力碳纤维板加固效果图。因此，预应力碳纤维加固技术值得进一步推广。

图3预应力碳纤维板加固效果图

参考文献：

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