探析桥梁加固施工中的碳纤维加固技术

探析桥梁加固施工中的碳纤维加固技术

朱奋鹏

身份证号码：44068319801008xxxx528100

摘要：随着我国经济建设的快速发展，交通量急剧增加，大部分桥梁结构经常处于超负荷的工作状态，桥梁老化速度明显加快，桥梁结构的损害情况也日益增加，这就使得桥梁维修加固的工作日益繁重。碳纤维材料因其具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀等特点目前在桥梁加固施工中得到了较为广泛的应用。本文主要针对桥梁加固施工中的碳纤维加固技术进行了重点分析探讨。

关键词：桥梁施工；碳纤维；加固技术

引言：随着桥梁使用年限的增加及负荷的日趋增大，加上一些桥梁因设计不周、施工缺陷等原因而导致混凝土结构损坏，已不能正常运行，急需进行维修、加固。近年来，碳纤维加固技术得到了迅速的发展，这种方法不但有效，而且施工简便，具有很大的研究和应用价值，因而得到了工程界的日益重视。

1.碳纤维材料的基本特性

1.1碳纤维片材

片材碳纤维材料的拉伸强度在2400～3400MPa之间,与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比,片材的拉伸强度很高。

片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能而不同,它依据力学性能分成高模量、高强度和中等模量3类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高,但其伸长率较低。相比之下,碳纤维片材的单位重比钢材低许多,说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定,本身不会受酸碱盐及其他各类化学介质的腐蚀,有着良好的耐寒和耐热性。

1.2配套树脂类粘结材料

混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料,用于渗透过混凝土表面,促进粘结并形成长期持久界面的基础;油灰,用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材;浸渍树脂或粘结树脂,前者用于碳纤维布粘贴,后者用于碳纤维板粘贴。

浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键,因此,树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。

就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言,环氧树脂在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义,因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间。采用专配的环氧树脂材料,在混凝土施工表面温度10～40摄氏度时,粘贴环氧树脂固化时间约15小时以上,但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上,专配的环氧树脂材料的这一性能完全适合混凝土桥梁的加固工作。

2.碳纤维加固技术的基本原理及优越性

2.1碳纤维加固技术的基本原理

针对桥梁建筑的加固工作，对碳纤维的利用应该首先用环氧树脂进行浸泡，形成符合强片材料。然后通过环氧树脂按照受力方向进行一定的裂缝方向粘贴。当构件受到拉力负载的时候，通过纤维片的作用而保证裂缝不会沿受力方向进一步开裂。从而对建筑主体提供一定的加固作用，同时也可以保证结构的稳定性。

2.2碳纤维加固技术的优越性

2.2.1良好的化学稳定性

碳纤维具有非常良好的防水性能，实际施工过程中发现，这种材料在抗酸碱和方子外线方面同样具有非常出色的表现。在不同气候环境的应用过程中，同样具有相应的优势。添加一层防火漆，则可以起到非常不错的防火效果。

2.2.2该材料质轻、强度高

碳纤维材料具有质量轻、强度高的特点，对于建筑物的整体质量具有非常重要的意义。色彩涂装较为方便的同时，还可以保证结构外部不出现明显拼接痕迹。

2.2.3出色的力学性能

碳纤维具有非常出色的力学性能。对于各种不同的结构的加固应用中都可以起到非常出色的效果。尤其是其显著的抗疲劳效果，对于工程裂缝的修补具有非常明显的效果，抗拉力试验中同样取得了让人满意的成果。

2.2.4施工工序比较简单

碳纤维的施工工序较为简单，在一些小型工程施工应用中，具有改变简单、工期短等特点。相关数据显示，这种材料的应用可以大程度上保证工期的缩短，同等工程量的前提下，至少可以缩短24%的工程工期。

3.碳纤维加固技术在桥梁加固施工中的应用

碳纤维材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀等特点。抗拉强度方面甚至是普通钢筋的十倍左右，弹性模量方面略高于普通钢筋。

3.1对基底处理

按照设计要求采用碳纤维技术对基底进行相应的处理：

①对混凝土构件的表面出现残缺、破损和碳化层的部分进行清理，对剔凿、清理、露筋的构件残缺部分进行修补复原，直到结构部件密实部位为止。排查外露钢筋的锈蚀状况，如有则进行必要的处理。

②裂缝的修补。通过环氧树脂进行表面涂刷和密封方式处理缝宽小于0.2mm的裂缝，对于大于0.2mm的裂缝用环氧树脂进行灌缝。

③对贴片范围的定位、划墨线、按设计要求进行。

④打磨结构部件表面凸出部分（模板的段差等）进行整平处理，修复后的高度差不得超过1mm；用磨光机把棱角打磨成半径大于30mm的圆角。

⑤用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘，并使其充分干燥。

3.2涂刷底层树脂

①把按比例调好底胶主剂和固化剂导入容器内，用搅拌器搅拌均匀，量的大小控制在可使用时间内用完为准。

②用滚筒刷把底胶均匀地涂刷，注意直横涂抹均匀，自然风干。需要涂刷两层时，应在第一层指触干燥后再涂刷第二层。

③底胶固化后，表面有凸起部分时要用磨光机或砂纸磨平。

④当气温低于5℃，相对湿度大于85%，混凝土表面含水率在8%以上，以及因降雨或结露而没有有效的保证措施时，不能进行施工，要根据温度、湿度选择适当的底胶。

3.3找平处理

①用环氧腻子对结构部件表面凹陷部位进行填平，直到修复平整，内角（起拱段差、等）用环氧腻子填充进行整平处理。

②找平胶涂刮后，表面上的糙纹，应用砂纸打磨平整。

③整平胶料固化后，方可进行下一道工序。

3.4粘贴碳纤维片

①在运输、储存、剪切、粘贴碳纤维片时，确保碳纤维质量严禁弯折。贴片时用钢直尺和壁纸刀按规定尺寸裁剪纤维片。

②碳纤维片接头，其受力方向（顺纹方向）每端的搭接长度不应小于200mm，若粘贴层数超过3层，该搭接长度不应小于300mm；对非受力方向（横纹方向）每边的搭接长度可取100mm，当平行粘贴多条碳纤维板时，两板之间空隙应不小于5mm。

③对树脂主剂和固化剂按规定比例进行配比，利用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂。

④贴片。用碳纤维片和树脂进行粘连，用橡皮滚筒沿着纤维方向在碳纤维片上进行滚压，接触面之间不要有空气，这样可以使树脂渗入碳纤维中，并使纤维片的铺层均匀压实，无气泡出现。

3.5碳纤维片养护

①碳纤维片的粘贴。达到初期固化前需要自然养护24h，并确保固化期间不受影响。

②碳纤维片粘贴后，对满足设计强度所需自然养护的时间的规定：平均气温在10℃以下时，需要2周；平均气温在10℃以上20℃以下时，需要1～2周；平均气温高于20℃时，需要1周。在自然养护期间应避免物体硬性冲击贴片。

结束语：总之，桥梁加固施工是一项社会工程，对提高桥梁承载能力、行车性能及延长使用寿命，促进公路交通事业的可持续发展有着重要的意义。实践证明，碳纤维是一种加固效果明显、施工简便、造价低的桥梁加固技术，能很快恢复和提高桥梁承载能力，改善其使用性能，在桥梁的加固施工中具有广泛的应用前景。

参考文献：

[1]由起春.试述碳纤维加固技术原理及其在桥梁结构中的应用[J].经济技术协作信息.2013（01）.

[2]陈怡福.碳纤维在桥梁加固施工中的质量控制[J].广东科技.2010.

[3]王春志.试述碳纤维加固技术原理及其在桥梁结构中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2010（07）.