李婷婷
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摘要:介绍了碳纤维加固桥粱技术，阐述了碳纤维加圈机理及其在桥梁加固中的施工工艺,展望了碳纤维在桥梁加固和建设中的发展前景。
关铡词:碳纤维;桥梁加固;加固机理
1碳纤维加固技术及其在桥梁加固中的地位
碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术是近年来在发达国家兴起的应用于加固的新型技术,这种技术是将高性能高弹性模量的碳纤维应用于土木工程,从而达到对混凝土构件修复、补强和加固的目的。随着行车密度和车辆荷载的增加,许多在役桥梁出现了不同程度的损坏,影响到了桥梁的安全使用，而桥梁的建造费用昂贵,将这些桥梁拆除重建是不现实的，所以采用一种适合桥梁的修复加固技术是必要的。
2碳纤维加固机理和特点
2.1 碳纤维加固机理
碳纤维布沿纤维方向具有很高的强度,它是一种正交异性材料。在单向加固情况下,通常沿加固混凝土梁体的纵向布置碳纤维布的主拉应力方向，这就与主钢筋的受力方向一致，碳纤维布粘贴在梁体受拉区,其作用与受力钢筋相当，碳纤维和混凝土加固构件通过粘结层传递剪应力和粘结正应力。碳纤维片材的纤维方向与受力方向相同时,其强度最高,纤维方向与受力方向垂直时,其强度最低。用环氧树脂将抗拉强度极高的碳纤维片材粘贴于混凝土表面,等树脂固化后,混凝土结构和树脂固化后的碳纤维形成新的受力复合体，使得有外力时,碳纤维片材和钢筋一起承受,由于碳纤维片材分担了一定量的荷载,从而大大降低了钢筋的应力。由于碳纤维具有的高抗拉强度、高弹性模量和与钢筋差不多的伸长率,使得钢筋和碳纤维能够更好地协同工作。
2.2 碳纤维加固的优点
(1)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,可以有效地延长桥粱结构的使用寿命。
(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。
(3)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。
(4)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。
3碳纤维在桥梁中的施工技术和工艺
3.1 基底混凝土处理
(1)裂缝处理
将碳纤维片材沿裂缝的垂直方向粘贴。宽度小于0.2mm的裂缝,用环氧树脂进行表面涂抹封闭;大于0. 2mm的用环氧树脂灌缝;大于1mm的裂缝，需要对主梁先进行灌胶处理。
(2)面层处理
混凝土表面的劣化层(如浮浆、风化层、杂物、剥落块等)要用砂轮机或喷嘴机进行打磨和清除，粉末和灰尘也要进行及时的清理;凸出部分要磨平;转角部分要进行倒角处理。表面有钢筋外露的情形,要进行防腐蚀处理,再用强度相当的环氧树脂进行修补,以确保表面平整。需要用水进行清洗的,必须使其充分干燥后,方可进入下一道工序。
3.2涂底层涂料
为了使碳纤维片材与构件粘贴的更好,需在构件表面涂刷一层底胶。首先确定好一次 性使用的涂料用量,将涂料的主剂和固化剂按规定比例称量后混合于同一搅拌器内,进行充分的搅拌,一次的拌和量应在规定的使用时间内用完。若放置时间太久,应禁止使用,以确保粘结质量。用刷子将涂料均匀地涂到构件表面,并使其完全渗人到混凝土中。如果施工环境的温度较低,不应涂抹太厚,底胶硬化后,凸起的部分要进行调平打磨。等到指触干燥后,方可进人下一道工序。
3.3进一步修补粘贴面
桥梁构件表面通常会存在一些空洞缺陷，而且凸出部分单独用滚轮机械磨平并不能达到很好的效果,在粘贴碳纤维片材的时候,会出现气泡和褶皱,降低粘贴使用的效果。所以在底层涂料干燥后,会在打磨的基础上用粘结腻子再修复一下构件表面。在上一层干燥后,方可进行下一层的涂抹。
3.4碳纤维片材的粘 贴
待修复的构件表面干燥后,就可以进行碳纤维片材的粘贴。依照实际所需要的碳纤维片材的大小,用剪刀、刀子依所设计的尺寸进行裁剪,为了减少和避免保管期间的损耗,应按照实际使用的数量进行裁剪。将环氧树脂的主剂和硬化剂按比例混合于搅拌容器中,充分的搅拌一定时间。 一次的搅拌量为可用时间内实际工程所需要的数量，超过可使用时间的材料,不可继续使用。用辊子、塑料刮刀和刷子将配置好的环氧树脂涂抹于混凝土构件的表面上，将构件表面和碳纤维布的粘贴面紧密结合在一起，用滚筒沿同一方向滚压以除去碳纤维布下的气泡,以保证碳纤维布与构件的粘贴质量。为保护碳纤维材料不受到损坏，可在加固构件的表面再加一层防护层。
4碳纤维在桥梁工程中的发展前景
由于碳纤维具有抗酸、碱、盐等优良特性,加之质量轻、强度高、弹性模量高、隔热、耐腐蚀等优点,国际上很多国家从80年代后期就将其作为钢筋、预应力钢材的替代材料加以研究,并陆续将其作为PC桥梁建设中的张拉材料和既有桥梁的加固材料。在桥梁混凝土构件中,碳纤维可以与钢筋共同工作或者碳纤维可以代替钢筋单独在构件中起作用。目前很多桥梁和房屋构件内部已经使用了碳纤维,从而减少了建筑的体积和重量,减小了地震破坏系数,缩短了施工工期，节约材料,安全可靠。在未来的桥梁建设中,碳纤维可用于大跨度的桥梁构件中,并能解决许多在以往桥梁建设中无法克服的困难,比如构件的高强度和重量之间的关系,解决桥梁未达到设计年限就损坏的问题,延长桥梁的使用寿命,克服桥梁构件在一些特殊环境中不耐腐蚀等现象。总之，碳纤维材料将在以后的桥梁加固、甚至在桥梁建设中占有一席之地。
5结语
碳纤维由于其特有的性质、施工工序和加固后的良好效果,而被广泛使用。面对着越来越成熟的使用环境,碳纤维的价格也在逐渐下降,所以在桥梁加固中,碳纤维越来越受到人们的关注。相信在不久的将来,碳纤维会在桥梁加固和建设中发挥出更大的作用。
参考文献
[1]任健,刘为俊.碳纤维材料在桥梁工程修复与加固中的应用[J].交通世界,2017(29):98-99+102.
[2]李晓磊.碳纤维材料的特性及其在桥梁加固中的应用[J].居业,2017(09):112-113.
[3]周建海,余勇强.碳纤维材料在修复与加固桥梁设计施工中的应用[J].交通节能与环保,2017,13(04):63-64.
[4]刘子毅.碳纤维材料的特性及其在桥梁加固中的应用[J].技术与市场,2016,23(12):235.
[5]张永霞.碳纤维材料在桥梁加固工程中的应用探究[J].四川水泥,2015(07):234.