论碳纤维加固桥梁技术

[摘 要]桥梁工程在使用过程中会由于种种原因产生病害，为了达到安全、经济和适用的目的，必须对产生的病害进行结构补强。碳纤维质轻高强、耐 腐蚀、抗老化，有着优异的力学性能。用其加固补强混凝土结构施工简单便捷，必定在今后的桥梁维修加固中得到广泛的应用。

【关键词]碳纤维加固,桥梁施工,碳纤维增强复合材料具有重量轻、强度高、优秀的耐腐蚀性，并且已广泛 用于混凝土结构的粘贴加固工程。其中碳纤维增强复合材料应用最多。混凝 土桥梁结构的粘贴碳纤维板技术的优点在于加固中可以不中断交通，且工期 短，人工少。

1 材料原其性能

碳纤维用于混凝土结构加固修复是～项新技术，它是利用浸渍树脂将碳纤 维布沿受力方向或垂直于受力方向粘贴在受损的混凝土构件上，使之与构件原 有钢筋共同工作，从而达到对混凝土构件的加固补强。加固后可增大结构抗拉 及抗剪能力，有效地提高其强度、刚度、抗裂性和延性，控制裂缝和挠度的继 续发展。碳纤维复合材料包括碳纤维布和粘接材料，简单介绍如下： (1)碳纤维布具有如下特点：高弹膜、高强度、单根纤维间强度变化 小、在制造与处理过程中强度稳定并保持不变。 (2)粘接材料具有如下特点：粘结材料的性能是保证碳纤维与混凝土共 同合作的关键，也是碳纤维与混凝土传力途径中的薄弱环节，它应有足够的刚 度与强度，保证碳纤维与混凝土问剪力的传递，同时应有足够的韧性，不会因混 凝土开裂导致脆性粘接破坏。此外应适应现场旌工条件，即能在一般条件下固 化，具有适宜的流动性与粘度，固化收缩率小。粘接材料主要包括三类：底胶、 整平材料和浸渍树脂。

2碳纤维加固技术特点

(1)优异的力学性能，可有效用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗 剪、抗拉、抗疲劳、抗震、抗风，控制裂缝及挠度的扩展。 (2)优异的化学稳定性。碳纤维布具有极强的抗酸、碱、盐、紫外线 和防水能力。具有足够的适应气温变化能力。外加防火层后可以有效地防火。 因此，可大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，延长桥梁结构寿命。 (3)材料本身质轻高强。可以不增加结构体积和不改变结构外型。增加 的结构重量可以忽略，便于用所需要的色彩涂装，而不留补强痕迹。 (4)施工工序简单，可用小型电动工具操作。工种少，用工少，工期短，进 度快。更有资料表明能在持续交通有震动的情况下施工，而不影响补强效果， 从而太大缩短了施工断交时间，具有较大的经济效益和社会效益。

3 碳纤维加固的施工工艺

3 1根据设计文件对粘贴碳纤维的范围进行基底处理 (1)将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部 位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋 的构件残缺部分进行修补复原。(2)裂缝修补。缝宽小于0．2m 的裂缝，用环氧 树脂进行表面涂刷密封：大于0．2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。(3)将构件表面凸 出部分(模板的段差等)打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨 成半径大于30mm的圆角。(4)清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。

3．2底层涂刷(底层涂料具有较强的渗透性．可渗入砼表面内) (i)把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅 拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准：(2)用滚筒刷均匀的涂刷 底层涂料：(3)底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光：(4)注意在气 温小于5℃时，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。

3．3 环氧腻子对构件表面残缺的修补。 (1)构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，修复至表面平整：(2)内角要用 环氧腻予填补使之平顺。

3．4贴碳纤维片 (1)为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中， 严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一 般不超过6m；(2)碳纤维接头必须搭接lOcm以上，横向不需搭接：(3)按规定比 例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂：(4)贴片时，在碳纤 维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉(专用工具)沿着纤维方向在碳纤维 片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。

3 .5养护 粘贴碳纤维片后，需自然养护24dx时达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。

3.6涂装 根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面．涂刷耐火涂层和色彩。 通过研究证明，碳纤维除了可应用于桥梁的受弯补强加固外，还可广泛应 用于混凝土结构物(桥梁)的下列各项修复和补强：桥粱的上部结构梁和板及建 筑物的梁和板抗剪和疲劳修复、补强、墩柱抗压抗震补强和对桥梁混凝土结 构的修复封闭和保护。

4 碳纤维加固处理要点

在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以 下施工工序进行加固施工。 (1)破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂 窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。 (2)按设计要求对破损面钢筋处理后用.

5 环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15mm。利用打磨机将其表面打磨平整， 并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不沽物清除干净，使构件加固表面平整、 干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴 处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。 (3)涂刷底层树脂：用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树 脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。 (4)找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。 (5)粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并 用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚 压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可 进行下一层的粘贴。 (6)在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

结语

随着我国经济的快速发展，交通量日益增大。早期修建的钢筋混凝土桥 梁，大部分已经表现出不能满足通行需求。一是荷载标准低，二是在重车、超重车的作用下，出现了许多病害。应用碳纤维加固的桥梁能够达到提高承载能 力的预期效果。碳纤维材料重量轻，施工时不用任何重型设备，不需要大的施 工空间。随着碳纤维修复和补强技术的深入研究和发展，该项先进技术必将广 泛为工程界所接受和采用，真正、有效地提高桥梁通行荷载及安全性能，为我们的公路工程建设服务。

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