碳纤维加固技术在桥梁加固中的应用

碳纤维加固技术在桥梁加固中的应用

郝青

关键词：桥梁加固；碳纤维；加固技术

一、碳纤维加固的优点

1.1节省材料，减轻重量

碳纤维片材的拉伸强度为2400～3000MPa，与普通碳素钢板拉伸强度240MPa相比，其拉伸强度较高。碳纤维片材的单位比重也要比钢材低很多，从而减小了结构的重量和体积，节省了材料。混凝土结构外形无需改变，用所需的色料涂装很方便，而且不会留下任何涂抹痕迹。这是其它加固补强方法所无法比拟的。

1.2力学性能优越

碳纤维片材主要用于混凝土桥梁构件和节点的加固补强，能够明显提高构件的抗弯、抗剪和轴向承压能力。而且碳纤维还有抗震、抗风、抗疲劳的性能，在挠度和裂缝控制方面，碳纤维也能起到一定的作用。因此被广泛地应用于桥梁和房屋等构筑物和建筑物的加固工程里面。

1.3化学及物理性能稳定

碳纤维具有良好的防水能力，同时也具有很好的抗酸、碱及紫外线的能力，适宜在不同的气候条件下使用。所以碳纤维适合在恶劣的环境中工作，用于桥梁加固时，可以有效地延长桥梁结构的使用寿命。

1.4施工工序简单

碳纤维片材可适应不同的构件形状，成型方便，从而降低了施工难度，缩短了施工工期。碳纤维片材加固工艺简单，无需大型设备、模板及支撑，所需工作面很小，不受施工空间的限制，在桥梁内部工作空间受到限制的情况下，采用此方法是最佳的选择。

二、碳纤维加固施工工艺

2.1劣化表层处理

在一些老旧的桥梁表面有很多劣化的混凝土表层，例如：污物、风化石灰层、剥离、游离层，在进行施工之前，首先用砂轮机铲除这些劣化层，然后用毛刷和空气喷嘴把劣化表层的污染粉尘和一些剥离层去除，最后用清水把表层清洗干净，晾干之后再进行修复。

2.2修复断层

当混凝土表面的劣化层清除干净后，再用强度高的环氧树脂砂浆材料对钢筋外露的部分进行修补，在进行这部分工作前，要做好防蚀工作。在一些断层裂缝中灌入环氧树脂材料，填补裂缝，若有的断层裂缝出现漏水情况，及时止水。

2.3修复表面

如果混凝土表面出现一些凸起部分，必须用砂轮机铲除这些凸起部分，把表面打磨平整光滑，一些凹陷部分用环氧树脂或树脂砂浆进行填补修复。在一些转角凹角处可以用树脂砂浆进行修复。

2.4底层涂料

必须在合适的温度进行施工，下雨天或者气温低于5℃不能进行涂料施工，在施工时，针对具体情况选择合适的底层涂料，使用粉墙刷或者滚筒把涂料均匀地涂抹在底层基面上，在涂抹完成之后，对涂抹区域详细检查，把遗漏的部分再次涂刷，使之表面自然风干后，设置相应的保护措施，要保障施工场地空气流通，气温干燥，施工人员在进行施工的过程中要佩戴好各种施工装备。

2.5粘贴碳纤维材料

在粘贴之前，要把碳纤维材料制作成碳纤维布，然后用量尺、剪刀等工具把碳纤维布按照建筑构件的标准尺寸进行剪裁，施工面层的干燥程度要经过测试后才能进行施工，保障表面平整，钢筋作为桥梁的原材料，长期使用会导致表面锈蚀情况，因此在粘贴之前必须把钢筋表面的锈蚀物质清理干净，才能提高粘贴材料和钢筋之间的粘贴性。最后用树脂类粘结材料把碳纤维布粘合在建筑构件表层，再粘合成型时，必须给予足够的压力进行粘贴，防止与建筑构件之间粘贴不紧密，压实中间粘贴缝隙。在粘贴两层以上的碳纤维材料时，采取重复的步骤，施工时必须穿戴好口罩、橡皮手套和护目镜等防护装备，保持施工现场空气流通，禁止烟火。当施工过程中，温度过高时，应该停止施工，做降温处理，避免粘贴材料失去效果。

2.6粘贴碳纤维材料的后期保养维护

在碳纤维材料粘合成型之后，必须注意粘合材料的使用期限和后期维护工作，可以根据实际工程的需求，在碳纤维布的表层涂刷一些防护材料，例如：防火漆、干燥剂、防晒漆，可以有效地延缓碳纤维材料的风干、老化时间，同时提升建筑构件的防火性能和高温耐热性，避免高温一些极端环境带来的损伤，定期对粘贴的碳纤维材料进行检测，把风干、老化的碳纤维材料进行清除，粘贴上新的碳纤维材料。

三、对于整体质量的保证

（1）密实、平整对于混凝土工程来说是必不可少的，在施工过程中，切忌偷工减料的事情发生，务必重视砂浆的设计配比，严格按照设计标准来执行。

（2）在不同情况下，应尽可能保证碳纤维的完整性，如果遇到不可避免的情况，不得不截断碳纤维，应予以最妥当的处理。最好是按照规划好路径粘贴，避开加固材料上的障碍物。搭接碳纤维布时，长度需大于100mm，并且需要沿着上纤维束指向进行搭接。

（3）目前的市面上，存在国产和进口多种碳纤维片材，各种品牌的碳纤维片材质量不一，这些与其生产工艺、材质属性有密切关系，根本上决定了碳纤维片的质量及性能。虽然其具有相当优秀的力学效应，但是碳纤维之间，本身缺少相互粘结及约束的作用，此时预浸树脂的含量的多少、厚薄，就决定了碳纤维束之间的力量大小，从而也才能使碳纤维束成为一个整体，共同承受外力的作用。环氧树脂通过反复渗透作用，使得被强化的混凝土结构，能够得到加固。所以想要获得较好的渗透效果，在预浸树脂的用量把控上，必须得仔细、严格，减少用量。但目前在我国的材料中，预浸树脂的用量细分把控，与国外的材料有较大差距，致使粘合效果上，也存在一定的差异。

（4）在施工过程中，每一步的完成（从基地粘合到后期的碳纤维片粘贴），都应该予以严格的工艺检验，并在验收完毕后记录每个环节的完成状况，如有质量问题，及时返工。尽量避免出现粘贴空鼓，粘连脱离等情况的发生，如果粘连面积无法达到施工面积的90%，那么粘贴就是失败的，后期会产生脱落等状况，固需要重新返工。若出现小部分的粘贴不紧密状况，可以通过针管，用填充胶注入方式来补救。一定要有厂家的检验证明材料。

结束语：

碳纤维加固新技术的研制，是对现存桥梁修复加固技术体系的补充。但是基于其应用时间较为短暂、施工现场数据信息可靠性缺乏、理论与实践研究缺乏深入性等实况，碳纤维新材料技术在桥梁修复加固施工进程中的应用还需要处理以下几类问题。

（1）碳纤维材料的疲劳老化问题。在强烈日光照射、酸碱性液体浸泡、化学物质侵蚀等作用下，碳纤维材料疲劳老化问题就会衍生出来，此时其力学功能就会大幅度被削弱，正因如此，强化碳纤维材料抗疲劳与抗老化能力是现代施工中迫切需要处理的问题。

（2）加固施工进程中水平衔接问题。实际施工中，以碳纤维布料受力方向为基准，将其整体性衔接在一起，该类连接接头规划环节上存在一定难度，体现出便捷性的同时，确保经济性与稳定性。

（3）规避脆性破坏问题。与钢筋结构相比较，碳纤维布料拉伸强度处于较高层次，桥梁抗弯结构敏感性强，所以就增大了其结构破坏问题出现的概率，钢筋结构末端弯曲，很可能使混凝土结构完整性被破坏。所以桥梁加固施工进程中应用多少层碳纤维布料，最大限度降低脆性破坏现象出现的概率，这是一个值得研讨的问题

参考文献

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