碳纤维布在桥梁维修加固中应用

【摘要】碳纤维布是维修加固桥梁中的新工艺、新材料，又称碳素纤维布,碳纤布,碳布,碳纤维织物,碳纤维带,碳纤维片材(预浸布)等 。其加固原理是利用其配套树脂的剪切强度将混凝土构件承载的荷载传递给碳纤维，使后粘贴碳纤维和原钢筋混凝土构件共同承受荷载作用力。本文介绍了碳纤维布在维修加固桥梁中应用及取得的优良效果，现简单介绍该材料的性能与施工工艺，也是抛砖引玉。

【关键词】碳纤维布、桥梁、维修、加固、施工工艺

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、前言

我们大家知道凡是建筑都有自己的生命力，桥梁在大自然影响和作用下，在各种汽车的碾压下，必然降低桥梁的使用，造成对桥梁的安全性、耐久性和使用期的危害，所以我们要经常对桥梁进行维修加固，在各种维修加固方法中，随着新材料、新工艺的运用，碳纤维布方法具有方便、快捷、效果显著的特点，因而在桥梁维修加固中得到广泛应用。同时也因为碳纤维复合材料价格较底，使桥梁维修加固工程成本大大降低。

二、碳纤维布性能特征

碳纤维布具有性能强度高、质量密度小、高温下不容易变形，不容易被腐蚀、较强的抗疲劳特质、抗缓慢变形下的导电、传热和较小的热膨胀系数等等一列优良性能。

高强度碳纤维丝精纺而成碳纤维布，桥梁维修加固中容易粘合，重量轻、厚度薄，不会增加桥梁的自重及截面面积，保证桥梁维修加固工程施工质量。碳纤维布具有高柔韧性、可自由弯曲、方便缠绕折叠，容易成型，对不同种类曲面和圆形，特别是针对异形构件维修加固优势最为明显。碳纤维布若与结构胶粘剂配合使用，更加适用维修加固木质结构、混凝土结构的桥梁，桥梁的承载能力、抗震能力和使用寿命都得到大大提高。

碳纤维布在桥梁维修加固工程中施工方便，无论是怎样的桥梁都可以快捷施工，整体桥梁外观不会受到影响，桥梁下部净空不会减少，保证原有的桥梁结构；通过碳纤维布的使用，能有效封闭桥梁裂缝，混凝土强度大幅度增加，碳纤维布的技术操作简单，很方便的计算出桥梁需要粘贴的层数。

三、碳纤维布在桥梁维修加固中施工步骤

碳纤维布操作程序主要有：工程前施工准备就绪、混凝土表面要进行认真处理、配制好修复加固的修补胶水、胶黏胶剂、找平、抹曲面、刷胶、贴碳纤维布、最后是表面防护。

1、将除去要维修加固桥梁桥面上铺设的装饰层。

2、混凝土梁表面进行处理。首先要将桥梁表面上已剥落的、已松散的、已蜂窝的、已腐蚀的等混凝土清除干净，露出桥梁的结构层，并用修复材料修复平整桥梁要修复部分表面。应按照设计图纸要求对桥梁裂缝部位进行封闭处理。被粘贴的混凝土表面也要打磨平整，甚至要暴露出混凝土结构新面。混凝土表面要全部处理干净并要保持干燥。

3、底层要涂刷结合剂。特殊底层结合剂涂刷在已经处理完的梁底表面，并使其浸透混凝土表层，能够增加碳纤维布和混凝土结合力。

4、梁底表面细微找平。梁底经过涂刷底层结合剂，再采用独特的环氧腻子找平材料，对底层细微处整平，以方便碳纤维布能够与混凝土完成良好结合。

5、表面防护和涂装。完成了碳纤维布粘贴后，对表面涂装水泥胶浆，修补后与修补前及没有修补的部位的颜色一定保持一致性和结构美观。

6、碳纤维粘贴。特殊的结合材料涂刷在已完成处理的底层，碳纤维布要先裁剪好，然后粘贴在混凝土表面，粘贴好碳纤维布后，再将粘结材料涂刷其表面。

桥梁维修加固工程的每个部位每道工序均要严格操作，必须是经过专业培训的工作人员，必须要持证上岗，工程施工单位具有一定的工作经验，并有资质证明，以确保桥梁维修加固工程的可靠。

四、用碳纤维布维修加固桥梁实例

位于白（白沙关）景（景德镇）102公里柱处双凤桥，原是半永久性桥梁，1970年改造成永久桥梁。桥梁当时设计为荷载汽车-13级，拖车-60级。岁月蹉跎，时展，桥梁也有了病害。经桥梁技术人员的全面检查，发现该桥主要有以下病害：

1、桥梁部分工字梁梁跨存在细微裂缝，并有较严重的结晶现象。

2、工字梁多处支点混凝土碎裂。

3、桥梁第二跨第三片主梁有一坚裂缝。

4、桥梁部分微弯板存在纵向和横向裂缝。

5、各桥墩支点上两孔工字梁连接处桥面铺装裂缝较大，每当下雨有严重渗透。

桥梁施工技术人员通过实地堪查，找出产生病害的原因：

1、桥梁工字梁承载能力严重不足。

2、工字梁与工字梁之间没有设置横隔板，桥梁整体受力能力

不强。

3、当汽车荷载作用于桥梁微弯板上时，桥梁微弯板两侧的工字梁就会发生相对移动，即相当于整个拱桥拱脚发生水平位移而使拱桥拱顶部分产生较大的附加弯柜，加上汽车通过的荷载产生的横向弯柜，致使拱桥多处微弯板在横向跨中部位产生纵向裂缝和横向裂缝。

4、桥面铺装混凝土含筋量严重不足，桥面铺装的混凝土难以能够承接来至桥墩支点负弯矩产生的拉应力开裂。

5、桥梁工字梁端部保护层铺垫的太厚，特别是工字梁底马蹄部位铺设太多，因而在桥梁受到外力外力作用时，难以能够承受剪切力而发生破碎或裂缝

利用碳纤维布对症下药，使桥梁工字梁抗弯强度明显增大，经过维修加固后的双凤桥荷载汽车-20级，拖车-100级。

再举一个成功使用碳纤维布维修加固桥梁的实例。K129+101处3-16米普通混凝土连续板桥，建于1999年，为跨越丰登坞至丰涧的地方道路，路面宽为7米，路基宽为8.5米，被交路与高速公路交角为100°。根据竣工资料，该桥下净空大于4.5米，满足被交路设计要求，但被交路施工时抬高了设计线，现桥下净空不足4.5米。2006年，部分超高车辆在高速桥下通过时，致使该两侧中跨边板底板跨中位置被刮，两侧路损面积各约1，部分主筋被剪断。事故发生后，京秦高速公路管理处经勘察讨论，最终决定对唐山管理所管辖的养护柱号为K129+101处3-16米普通混凝土连续板桥进行粘贴碳纤维布维修加固设计。

该工程维修加固设计中使用碳纤维布加固空心板，不断缩短了施工周期，还解决了施工中不中断交通的难题，取得了较大的经济效益和社会效益，受到了有关单位的好评。

五、 用碳纤维布维修加固桥梁注意事项

1、施工要在不低于5℃温度环境下进行，配套树脂的施工使用温度也要符合要求，当温度在5℃以下时，应选择在低温状态下能适用的配套树脂，或者采取升温措施处理。

2、在工程施工时要准备好环境温度可能对树脂固化的不利影响。

3、加固设计部位要放线定位，以便于解决混凝土表面处理和粘贴碳纤维布片材。

4、严格按产品说明书规定的配比称量树脂置于容器中，用搅拌器均匀搅拌，至此树脂色泽达到均匀。

5、底胶一定按说明书规定比例准确无误配制并均匀搅拌，一次调和量只限于规定的时间内使用完，超过时间的绝对不能再使用，确保树脂的粘合质量；底胶硬化后，如是表面有凸起部分，一定要用磨光机或砂约打光，补涂底胶前，必须确认底胶是否风干不粘手。

6、为确保碳纤维布加固效果，粘贴时一定要专心致志，从碳纤维布单幅宽度的一侧向另一侧粘贴，不能有气泡。

7、用消泡滚滚压碳纤维时，可以向一个方向，也可以从中间向两个方向滚动，但不能来来回回反复滚动，以免碳纤维布受到损伤，影响碳纤维布粘贴质量。

8、施工工程中碳纤维片材不能弯折，时刻注意避免。

9、碳纤维布配置树脂的原材料具有易燃易爆易挥发特性，储存一定要密封，要远离火源，还要避免受阳光直接照射。树脂对人体健康是有害的，配置和使用场所，应该保持通风，施工现场的工作人员应依据不同树脂材料采取不同劳动保护措施。

六、结束语

钢筋混凝土桥梁在使用过程中，由于自然环境发生了改变，使用频率无限放大，损坏损伤直线增加，随着时间的推移，大量的钢筋混凝土桥梁进入老化期，也导致桥梁结构材料劣化及桥梁承载能力下降。采用碳纤维布加固混凝土结构，是近十年来在许多发达国家中已经成熟的新兴加固技术。也是国内建筑行业日渐关注和发展中的加固 应用技术。用碳纤维布维修加固钢筋混凝土桥梁，该项维修加固技术蕴涵物理学、化学、力学、材料科学等广泛学科的理论。

参考文献

[1] 王泽锋 碳纤维布在桥梁维修加固工程中的应用[M] 中国建筑工业出版社 2004年

[2] 邢绍红 碳纤维加固桥梁技术[M] 中国建筑工业出版社 2012年

[3] 贺栓海 桥梁结构理论与计算方法M] 中国建筑工业出版社 2011年