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桥梁结构碳纤维加固技术与应用

（一）前言

中国桥梁工程的发展已具有相当规模，公路交通量不断增加，行车密度及车辆载重越来越大，公路桥梁负荷日趋加重。有一部分公路桥梁是中国20世纪80年代以前修建的，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。芳纶纤维板耐热性能稳定，不论是在204℃的超高温情况下还是-196℃的超低温情况下，芳纶纤维板都可以不分解不熔化，其用于建筑加固都能增强基体的耐腐蚀性，耐久性，延长建筑物的使用寿命，从而在一定意义上降低了工程的维护成本和***费用。因此，采用适当的加固和改造技术措施，***和提高桥梁的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。

（二）碳纤维材料特性

碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000MPa，弹性模量大于2.0×l05MPa.综合材料的物理、力学特性分析，要想大限度地发挥材料自身的优势，适宜将CFRP材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。向左转|向右转首先了解下应用碳纤维布加固与传统的混凝土结构加固技术相比有哪些优势。目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。

（三）碳纤维加固补强的施工工艺

1、根据设计确定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0.2mm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。

2、底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）

(1)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℃，相对湿度大于85，砼表面含水率在8%以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。

3、环氧结构胶对构件表面残缺的修补

(1)构件表面凹陷部位应用环氧结构胶填平，修复至表面平整；

(2)内角（段差、起拱等）要用环氧结构胶填补使之平顺。

4、贴碳纤维

(1)为了防止碳纤维受损，在碳纤维运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折；

(2)碳纤维接头必须搭接10cm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，称为下涂；

(4)贴碳纤维时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。

5、养护

粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。

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。

（四）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环氧树脂裂缝胶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、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。1、安装锚固底座本加固方法需要在梁底安装锚固底座，用于固定碳纤维板张拉系统。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。如超过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。锚具实现碳纤维板的张拉和固定、结构胶使碳纤维板和被加固的构件形成一个共同受力的整体。

6、在后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

7、必要时进行表面防护及外观处理。

（五）注意事项

1、碳纤维片材选择注意事项

碳纤维片材的编织均匀性，将直接影响加固质量。碳纤维束只有分布排列均匀，加工成复合材料后才能起到整体均匀受力的作用，若材质的均匀性不好，则构件受力后到之纤维片拒不受力不均，使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。因此，选择均匀性较好的碳纤维片材，是加固质量的关键。3、加固用碳纤维板系统的制作在碳纤维板系统制作之前，量测两锚固端之间的距离，确定碳纤维板的下料长度。

2、碳纤维（片材）粘贴注意事项

①在表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线***。

②按设计要求的尺寸裁剪碳纤维片材，裁剪后的织物宽度不宜小于150mm且不应小于100mm.

③将碳纤维片材表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维片材两面均应擦拭干净。

④擦拭干净的碳纤维片材应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈凸起状，平均厚度不小于2mm.

⑤将涂有粘结树脂的碳纤维片材用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡胶滚筒顺纤维片材方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。当平行粘贴碳纤维时，两片之间孔隙应不小于5mm.

⑥需粘贴两层碳纤维片材时，可连续粘贴。如不能连续粘贴，则再开始前应对底层碳纤维片材重新做好清洁工作。

⑦施工宜在5℃以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。

⑧施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响，其粘贴部位混凝土的含水率不应大于4％。

⑨树脂配制时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。宜根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量，并严格控制使用时间。

⑩为了保证粘贴的质量，不同季节、不同温度条件下，应使用不同型号的粘贴树脂，这样才能对树脂施工的可操作时间和固化时间进行有效控制。

（六）对碳纤维加固补强技术的展望

碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：

1、施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等；

2、不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m2～300g/m2，设计厚度0.111mm～0.167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计；

3、能适应各种结构外形的补强；

4、可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。

（七）结束语

随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。

碳纤维布加固的优势体现在哪里

当发现房屋的质量存在问题的时候，首先要了解清楚房屋所存在的质量问题，这是一个很重要的环节，是不能忽略的。房屋加固之前是需要做一个质量检测的，这样可以清楚知道房屋存在的问题，因为房屋出现了质量问题，单凭我们肉眼只能看到房屋表面的问题，而房屋内部的结构问题是看不出来的，只能通过检测鉴定，才知道是哪些结构出现了质量问题。只有了解清楚房屋的质量问题所在，才能更好地做加固修复处理。构件受弯加固时，应用碳纤维加固时应使碳纤维的纤维方向与受拉区的拉应力方向一致。

在了解清楚房屋所在的问题，然后就是制定出加固施工方案，方案是根据房屋的问题来制定的，这样制定出来的方案针对性胡更强。在制定加固方案时，很多施工单位都会选择碳纤维布加固这种方法，因为碳纤维布加固具备其它加固方法不具备的优点，碳纤维布加固施工难度小，又能节约加固施工的成本，拥有自身独特的优点。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。

碳纤维布作为一种现在的新型材料，它优势体现在能够有很好的抗拉伸性能，是材料的韧性也非常大。而且碳纤维布的施工能够适应于不同的环境，对于现场施工环境的要求也有普遍的降低，但是对于加固的质量却能够有很好的提升。因为碳纤维布的材料以及它的施工，能够让成本节省一大半，而且能够大大的缩短施工工期，这样能够进行一个快速的施工之后，并且能够短时间内居住。现场拉拔是检测碳布、钢板粘贴效果的一个重要步骤，检测合格可以说明现场的粘接效果是满足要求，这也能充分说明结构胶的粘接性能好坏。

后及时碳纤维布加固过程***额一些施工环节，也有很多是需要注意的，碳纤维布加固虽然施工难度小，但是也是要有注意的地方，该做的工作还是要做好的，在施工的环节中，施工单位要严格安装施工的规范来施工，这样可以提高施工的效率，也能保证加固施工的质量。与此同时，碳纤维布加固在工程中已经有了很多的应用，卡本碳纤维布在上海证券所加固工程以及清华附属中学等加固改造工程中得到了大范围使用。

碳纤维加固在建筑加固领域中的作用越来越明显，这跟碳纤维材料的优越性是有很大的关系的，碳纤维布加固的优势体现在施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证，而且适用范围广，混凝土构件、钢结构。木结构均可进行加固。碳纤维加固还能大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。但市面上很多厂家用15k、18k、24k、36k，甚至48k的碳纤维来冒充12k，致使粘结质量严重下降。

碳纤维加固的新领域——加固

每一个历史都是我们中华民族五千年灿烂文化的载体，我国的建筑形态结构各异，但是这些文化的载体却随着时间的流逝和人为***一点一点消失在历史的长河中，亟待我们去修复加固。

要想好好针对建筑进行系统的加固修复就要先了解这些建筑的不同结构。我国的古建筑发展主要为木质结构以及部分砌体结构为主，因此在进行古建筑加固时，这两种就是我们面对的结构形式。历史建筑的加固都必须遵从保存历史原貌的原则。

在众多的房屋加固方法中，碳纤维加固在古建筑加固当中占有非常重要的位置，碳纤维材料的抗拉强度和弹性模量要比普通的钢材高，能够有效提高建筑物的结构的承载力、刚度与抗震性能，这是碳纤维材料能够用于古建筑加固的基础。木质结构采用碳纤维材料进行加固，还会对结构起到的防腐作用。碳纤维布与配套使用的环氧树脂胶均具有耐腐性，对于木质结构来说，防腐是一项长期艰巨的任务，碳纤维布对木质结构既能加固又能使其长期远离腐蚀，可以起到一举两得的作用。加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。

碳纤维加固的工序简易且不用占据大面积施工地、工期快，能够有效防止施工时对古建筑物的***。更重要的是不需要进行钻孔等***性大的施工，同时质轻几乎不增加结构自重，几乎贴近“保存现状”的原则。