２００５年 四川公路設計院 鄭遠鵠 吳士東晨光化工研究院 王 洪 楊旭明 摘要 碳纖維（GFRP）是一種高強度、高性能的新材料，碳纖維布加固橋梁和混凝土結構，是(shi)近(jin)年(nian)發(fa)展(zhan)起(qi)來(lai)的(de)一(yi)種(zhong)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)。它(ta)性(xing)能(neng)優(you)良(liang)，質(zhi)量(liang)可(ke)靠(kao)，施(shi)工(gong)便(bian)捷(jie)，設(she)備(bei)簡(jian)單(dan)，不(bu)損(sun)傷(shang)梁(liang)體(ti)，不(bu)增(zeng)加(jia)構(gou)件(jian)重(zhong)量(liang)，不(bu)留(liu)加(jia)固(gu)痕(hen)跡(ji)造(zao)價(jia)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)。本(ben)次(ci)通(tong)過(guo)設(she)計(ji)
、化工、科研、施工各方的密切合作，成功地將這一新材料、新技術運用於隆納高速公路橋梁加固
，掌握了全套加固技術。
一、 概況 隆納高速公路主線K70±340和匝道AKO±838.38兩座橋
，均為跨徑13米的綱筋混凝土板橋，梁高55厘米，橋梁總寬分別為33.9米和25.75米，每橋由獨立的兩幅組成，幅寬為20.73米、13.17米、13.47米、12.28米。該兩橋原設計為預製安裝鋼筋混凝土鉸接板橋，後因施工條件變化
，改為分幅全寬現澆鋼筋混凝土體板橋。鉸接板改為整體板後，橫向鋼筋仍按原鉸接板中構造箍筋φ8設置。 jiegougaibianhou，bankuandayuhuodengyubankua，chuzongxiangneiliwai

，haichanshenglebanneihengxiangbianju
，erhengxianggangjintairuo，jiuxingchengledaliangzongxiangliefeng，xujinxinghengxiangjiaguhefengbiliefeng。 二、修複方案的選擇 本橋所處路段當時尚未正式通車，要拆除重建也是一種補救措施
，但業主基於社會影響
，工期和造價
，選擇了原橋加固的方法。 根據該橋情況，有3種修複加固方法可供選擇：
1、橫向預應力加固 本橋兩側邊緣鑽孔或粘錨預應力錨頭（錨座），用於粘結或有粘結預應力鋼鉸線進行橫向張拉，然後對錨頭和有粘結預應力鋼絞線用砼封包，並進行裂縫封閉。 此是一種主動性的加固方法
，它可以減少和消除板梁中前期已形成的橫向應力
，改善梁體應力狀態
，加固效果良好。缺點是該法要在梁體上鑽孔、打洞
、鑿毛

、植筋
，對梁體和受力鋼筋有一定傷害，同時在梁底形成外露無粘接筋或混凝土肋，加固痕跡明顯，有損梁體美觀
；該法加固工作量也較大。
2
、粘貼鋼板法 在梁底和加強鋼板上鑽孔，將抗剪螺栓置入梁底鑽孔
，通過鋼板與經嚴格處治的梁底間的樹脂粘劑和螺栓對鋼板加壓
，使加固鋼板與梁底麵粘為一體，從而達到加固的目的。 此方法旨在改善和減小後期活載受力，對前期已產生的恒戴內力無作用。 此方法所需材料采購方便

，不需埋置預應力錨具和進行預應力張拉，但此法梁體鑽孔極多

，且須與鋼板鑽孔一一對應，難度較大
，對原梁體結構有所損傷，且加固痕跡顯著，特別對於剛落成橋梁，有損業主形象。
3、粘貼碳纖維（GFRP） 在經除去浮漿、打磨和整平的梁體表麵，用樹脂類粘結劑橫橋向粘貼碳纖維布，從而達到修複加固的目的。 碳纖維布（GFRP）是一種高強度、高性能的新材料，用它加固梁體，不鑽孔
、不植筋、不需特殊設備
、不增加梁體重量，施工便捷、質量可靠、封閉性能尤佳，除色澤微偏黑外，不留其它痕跡。業主接受了此種加固方法。
三、碳纖維加固材料性能
1、碳纖維布 本項目所用碳纖維布為連續纖維單向排列的布狀碳纖維製品

，厚度0.1毫米、寬度100毫米，其基本物理力學指標如下表： 表1 碳纖維布基本力學指標 *注：本工程采用該碳纖維布。 碳纖維材料是一種具有獨特的化學結構的高分子聚合物，它具有優異的抗拉強度和位伸模量，其單層（100毫米寬）碳纖維複合材料的極限抗拉力可達32KN，滿足了橋梁加固修複的結構要求；同時，由於其獨特的化學結構，它具有不燃燒、耐腐蝕和使用壽命長的特點，極適宜於橋梁、高層建築的結構加固。 本次工程采用的碳纖維材料
，出廠檢驗指標：拉伸彈性模量272Gpa/0.1mm，拉伸斷裂載荷4.5KN/層・10mm、拉伸伸長率1.73%。抽樣自檢指標：拉伸斷裂載荷5.74KN/層・10mm（含膠粘劑部分強度）。
2
、粘結劑及複合樹脂 本工程采用晨光化工研究院研製的係列建築結構粘合劑及施工工藝，根據不同部位、不同作用


、不同氣候
、不同情況，選用不同型號產品。性能指標見表2。 表2 膠粘劑的性能指標 碳tan纖xian維wei複fu合he材cai料liao加jia固gu修xiu複fu砼tong結jie構gou，膠jiao粘zhan劑ji的de選xuan擇ze和he使shi用yong是shi非fei常chang重zhong要yao的de。碳tan纖xian維wei能neng否fou充chong分fen發fa揮hui出chu應ying有you的de力li學xue性xing能neng，能neng否fou緊jin密mi地di與yu砼tong表biao麵mian貼tie合he和he傳chuan遞di所suo受shou的de應ying力li，能neng否fou與yu碳tan纖xian維wei材cai料liao相xiang容rong並bing形xing成cheng穩wen定ding高gao強qiang的de複fu合he材cai料liao，與yu膠jiao粘zhan劑ji的de品pin種zhong和he綜zong合he性xing能neng關guan係xi甚shen大da。膠jiao粘zhan劑ji除chu了le應ying具ju有you較jiao高gao的de力li學xue性xing能neng外wai，不bu同tong用yong途tu的de膠jiao粘zhan劑ji還hai應ying具ju備bei不bu同tong的de特te點dian：如底膠應具備較低的粘度，通過毛細作用滲透到砼結構中，形成“爪”式粘接結構
；找平膠應具備良好的觸變性；最主要的粘碳纖維膠

，不僅要具有好的滲透性以利於浸透碳纖維，同時還應具有一定的初粘力，以防碳纖維布塌落而形成空洞或空隙，另一方麵，由於碳纖維布粘貼加固是由多種膠粘劑共同作用而成，不同的膠粘劑之間的閑親和力或相容性必須良好。總之，對於膠粘劑而言，其粘接強度（包括粘接拉伸強度，剪切強度等）的指標是最主要的。 表3 幾種膠粘劑相互粘接力性能 膠粘劑自檢測試
，TH81抗拉強度55.5Mpa

，抗壓強度67Mpa，剪切強度21.2Mpa（鋼～鋼）
；TH71-1剪切強度20.4Mpa（鋼～鋼）；TH81-1粘接拉伸強度45.1Mpa，剪切強度31.9Mpa（鋼～鋼）。 四、施工工藝 本工程施工工藝見圖1，施工流程示意圖： 五、碳纖維布加固的評述
1
、碳纖維布加固與鋼板加固效果相同，它不能主動去改變結構前期受力，但可與原結構共同承擔後期恒載和活載
，滿足結構受力需要。
2、粘貼碳纖維布加固是一種新型、高效的結構修複加固技術，它高強、高效，對結構無損傷，外觀無影響

，荷載不增加，適用範圍廣
，施工便捷
、質量可靠，深受業主們的喜愛。
3、粘貼碳纖維布能改善裂縫分布狀況和裂縫寬度。試驗證明
，粘貼碳纖維布後，裂縫間距減小
，變密、變均勻，裂縫寬度減窄。這是結構者所期望的。
4
、碳纖維布封閉性能優良。特別是本工程所采用的性能優良的TH係xi列lie封feng縫feng粘zhan合he結jie構gou膠jiao形xing成cheng的de複fu合he材cai料liao，具ju有you很hen高gao的de強qiang度du的de封feng閉bi性xing能neng，不bu會hui在zai結jie構gou破po壞huai前qian開kai裂lie，其qi牢lao固gu地di罩zhao在zai結jie構gou表biao麵mian
，防fang止zhi有you害hai氣qi體ti和he物wu質zhi腐fu蝕shi鋼gang筋jin。 本次是對縱向裂縫進行加固，但同時對橫向裂縫起到了封閉作用，保護了縱向受力主筋。 本次加固的兩座小橋粘貼麵積690平方米，施工工期一月，全麵實現了業主意圖和工期要求，已於二OOO年十一月通過業主、質檢、設計
、施工、監理組織的質量驗收，獲得各方一致好評。