浅述碳纤维加固技术在市政工程中的应用

【摘要】一、 碳纤维加固技术 1、碳纤维材料的特点 碳纤维材料最早应用于航空、航天等高科技领域，后来逐步发展到船舶、汽车等方面．最近几年，开始应用在建筑领域．碳纤维加固技术主要选用...

摘要：本文介绍了碳纤维结构加固技术，对碳纤维结构加固技术在市政工程中的应用进行了举例说明，有一定参考价值。

关键词：碳纤维；市政工程；桥梁加固；共同沟加固

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

0.引言：随着人类经济文明程度的不断进步和社会的发展，人类对基础建设的投入力度也越来越大。我国从二十世纪五十年代就开始了大量的市政工程的建设，尤其自改革开放以后，更是加大了对基础建设的投入力度，建筑业得到了突飞猛进的发展。然而，人类在不断地进行建设和技术革新的同时，市政工程的建设也必将面临着一个严峻的问题，即如何对现有大量的已有建筑物进行维护和改造。

因此，对于现已存在大量出现问题的建筑结构，如果采用传统意义上的全部摧毁重建的手段，显然这一做法不符合人类社会对资源的利用和保护的要求，同样也不符合我国所提倡的可持续发展策略。因此采用科学的方法评估结构的损伤程度，采用新材料和新技术开发新的加固技术并对已有结构进行加固和维护，以延缓建筑结构的损伤进程，延长结构的使用寿命，具有重要的社会和经济效益。

一、 碳纤维加固技术

1、碳纤维材料的特点

碳纤维材料最早应用于航空、航天等高科技领域，后来逐步发展到船舶、汽车等方面．最近几年，开始应用在建筑领域．碳纤维加固技术主要选用PAN基碳纤维材料粘贴在结构构件的表面，以达到加固补强结构的效果。以往一般采用粘钢法或外加预应力筋来加强桥梁结构的承载能力，但钢材容易受腐蚀，这往往是制约混凝土结构耐久性的重要因素之一，而碳纤维材料良好的耐腐蚀性、耐热性、耐久性恰好能解决这个问题，它同时具有优异的物理力学性能，一般常用碳纤维的抗拉强度大于3000 MPa，其强度为建筑用钢的十几倍，弹性模量和建筑用钢处于同一水平上，且自重轻，携带方便，施工简单，日常维护费用低，是一种很好的结构加固补强材料．国外最早在土木工程中的应用始于20世纪70年代，现已逐渐发展成熟，并形成完整的加固体系，国内有关碳纤维加固技术的研究应用尚处于起步阶段。

2、碳纤维加固结构施工特点

碳纤维加固结构技术是利用碳纤维材料的特性，将碳纤维粘贴在结构表面，从而起到对结构的加强作用。在实际施工过程中，碳纤维既可以单层粘贴也可以多层粘贴，还可以缠绕．对于各种不同类型的节点、不规则的部位，都可用碳纤维进行加固处理。在桥梁加固运用中，可粘贴在混凝土梁的顶面或底板上，用以提高梁的挠曲强度和刚度；也可粘贴在梁的腹板上，用以提高其抗剪强度；还可以将碳纤维缠绕在节点部位以满足抗震设计的要求，具有高强高效、施工便捷、周期短等特点。在碳纤维结构技术应用中，影响加固质量的因素主要有两方面，一是碳纤维材料的抗拉强度，二是粘贴碳纤维材料用粘结剂的剪切强度．碳纤维和混凝土的粘结质量直接影响加固效果加固后，碳纤维与混凝土之间不能有气泡，不能起鼓。另外，碳纤维布是一种可任意曲折的纤维布材料，施工不受加固长度的影响，适应面广。以上优点将使碳纤维加固结构技术在国内未来的加固行业中起着越来越重要的作用。

二、碳纤维在共同沟加固工程的应用实例

2007年底，为了配合上海“东西通道”工程的建设，张杨路需要拓宽。原处于人行道和绿化带下方的共同沟将被机动车道部分覆盖。这样共同沟结构所承受的恒载和活载发生变化．为了保障共同沟的安全，最终考虑对其进行加固处理。

1.、加固方案

由于张杨路共同沟隧道结构所承受恒载和活载发生变化，故需要对隧道结构及地基基础进行验算。共同沟承受的恒载为土荷载自重，活荷载为车辆荷载。现状共同沟外边距机动车道边线为2．25 m．埋深1．5 m。道路结构层390 mm。根据荷载验算，地基能满足使用要求。原隧道结构配筋满足承载力要求，但隧道结构在靠近机动车道的一侧顶板与侧板外缘裂缝计算值虽满足规范要求，但富裕量较小。为保证结构在运营状态下正常使用时有足够的耐久性。根据以往工程经验．在靠近机动车道一侧的顶板、侧板上进行了粘贴碳纤维布加同处理。

2.、加固功效

张杨路共同沟结构加同采用日本东丽品牌，碳纤维材料规格为UT70—20，黏结胶水为WD一3503。材料室内试验结果为：抗拉强度标准值4560 MPa(规范要求3000 MPa)．弹性模量266 GPa(规范要求≥210 GPa)，伸长率1．8(规范要求≥1．5)。正拉黏结强度4.3 MPa(规范要求≥2．5 MPa)。试验结果表明该工程采用的材料能满足结构加固的需要。施工工艺的现场检测，得到的黏结强度平均值为3．83 MPa，且破坏形式为混凝土内聚破坏，能满足规范要求。

三、碳纤维在桥梁加固工程的应用实例

上海川杨河大桥位于浦东新区杨高南路， 由上海市城市建设设计研究院设计， 1995年建成通车。 2008年初为配合杨高路（龙阳路—环南一大道）道路拓宽改造工程， 需要对川杨河大桥进行加固处理， 以满足道路拓宽与荷载等级提高的要求。

根据杨高路拓宽对川杨河大桥加宽的要求， 以及检测单位提交的对川杨河大桥进行的可靠性检测报告， 针对上下部结构荷载等级提高及新增恒载变化情况进行了结构验算。 根据验算结果， 原桥梁基础与桥墩能满足新荷载条件下的使用要求， 但桥面的板梁、T梁以及支承桥面的盖梁不能满足新荷载条件下的使用要求或承载力富余量不足， 需要对其进行加固处理。 桥梁加固的方法选择粘贴碳纤维布的方法。 对于板梁和T梁， 在梁跨中沿梁底纵向粘贴碳纤维布， 在梁的支座两端粘贴L型碳纤维箍， 碳纤维布的宽度、厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。 对于盖梁， 在两侧面粘贴碳纤维U型箍， 盖梁顶设置带状压条碳纤维布。 碳纤维布的宽度、 厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。

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M45的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15ram。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。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：用专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。

(6)在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

五、结束语

碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化，有着优异的力学性能。用其加固补强混凝土结

构施工工期短，施工所需人工少，具有简单便捷的特点，已经广泛用于混凝土结构的粘贴加固工程。其中碳纤维加固技术以其超强的优势在共用沟工程中和桥梁工程中得到的广泛的应用，相信在将来的市政工程中将会得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1] 王文炜. FRP 加固混凝土结构技术及应用. 中国建筑出版社[M]，2007.

[2] 邸小坛, 周燕编著. 旧建筑物的检测加固与维护. 北京, 地震出版社[M], 1991.

[3] 王永维, 梁坦. 建筑结构鉴定与加固. 四川建筑科学研究[J], 1997 年.