探讨碳纤维布在桥梁维修中的应用

摘要：随着社会的发展与进步，重视碳纤维布的应用具有重要的意义。本文主要介绍碳纤维布在桥梁维修中的应用的有关内容。

关键词碳纤维布 桥梁 维修 应用 工艺

Abstract: along with the development of social development and progress, pay attention to the application of carbon fiber cloth is of great significance. This paper mainly introduces the carbon fiber cloth in bridge maintenance of the relevant contents of the application.

Key words carbon fiber cloth bridge maintenance application process

中图分类号：K928.78文献标识码：A 文章编号

引言

美国、日本等国于20世纪80年代开始对碳纤维布加固技术进行试验研究。目前已经将此技术大量投入应用。近年来，中国在这方面的研究和应用也做了大量工作，生产出一系列的碳纤维复合材料，在降低工程费用的同时也总结出了较成熟的设计方法和施工经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。

1、工程概况

南宁至梧州二级公路贵港段车流量大，重载车多，经过长期运营，部分桥梁出现了不同程度的病害，影响到桥梁的正常使用，其中多座桥梁出现了板底碱蚀横裂缝。经调查研究设计后，维修加固方案确定采用在板底粘贴碳纤维布的方法。

2.材料

2.1碳纤维

碳纤维根据原料及生产方式的不同分为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维及沥青基碳纤维。碳纤维成品可以制成不同的型材，如纤维布、纤维板、棒材、短纤维等，可根据不同工程的不同部位和需要进行选择。在加固工程中应用最普遍的还是碳纤维布(片材)。表1列出了中国《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程)(CECS1．46----2010)规定的碳纤维布的主要力学性能指标。

2.2环氧树脂

2．2．1简介

仅仅依靠碳纤维布本身并不能充分发挥其优异的力学特性及耐久性能，只有通过环氧树脂将碳纤维布粘附于钢筋混凝土结构表面并与之紧密结合在一起形成整体共同工作，才能达到补强的目的。因此，环氧树脂的性能十分关键。不同类型的环氧树脂有不同的性能，可满足各个部位的不同要求。例如底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用，能渗入到混凝土内一定深度。粘贴碳纤维布的环氧树脂易于透过碳纤维布，并产生很强的粘结力。根据使用温度的不同，树脂还分为夏用和冬用树脂。

2．2．2物理性能

碳纤维布施工中需使用底涂、腻子、浸渗粘着树脂3种环氧树脂，上述环氧树脂的使用目的各不相同，其物理性标准也各异。一般要求底层树脂及找平材料的正拉结强度大于2．5 MPa且不小于被加固混凝土拉结强度的标准值，而浸渍树脂和粘结树脂性能指标则应达到表2的要求。

2.3碳纤维布的加固原理

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结材料将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，以提高结构构件的承载(抗弯、抗剪)能力。用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度约为普通钢材的10倍。但碳纤维材料织成碳纤维布后，碳纤维丝很难完全共同工作，在承受荷载时，各碳纤维丝先后达到抗拉极限并逐渐断裂，直至整体破坏，而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高了碳纤维布的抗拉强度。因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键作用。

3．碳纤维布加固旧桥特点

3．1 不增加恒载及断面尺寸

碳纤维布的自重仅为200～300g／m2，设计厚度为0．111～0．167mm，环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微，可忽略不计。同时，碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求，碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴，充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。

3．2可适应不同构件形状，成型很方便

斜、弯、坡及异型结构的补强，采用传统的方法，施工难度极大，采用碳纤维布补强法，利用碳纤维布的随型性极强的特点，可以随结构外形变化任意施工，从而降低施工难度，减少施工成本，缩短施工工期，产生巨大的社会及经济效益。

3．3施工简便

特别是当箱梁内部的作业空间受到限制时，碳纤维布加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便，无需大型设备、模板、夹具及支撑，操作起来简单易行，因而施工时所需工作面小。在作业空间受限制时，该优点是其它加固方法无法比拟的。

3．4采用碳纤维布加固补强，对原结构不产生新的损伤

碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材料进行粘贴，不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等，因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏，更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起新的问题。

3．5能有效地封闭混凝土的裂缝

碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝上的裂缝，其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展，改变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。

3．6碳纤维布(片)具有优良的耐化学腐蚀性

碳纤维布(片)是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性，不仅能经得起水泥碱性的侵蚀，而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时，其寿命也较长。因而碳纤维布加固法，在不利环境下较其它方法更显出其优异性。

3．7 不影响结构的外观

碳纤维布(片)的厚度很薄，粘贴尉化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料，而不影响结构的外观。

4.碳纤维布加固旧桥施工工艺与要求

4．1 施工工艺

4．1．1施工前的准备作业

4．1．2基面处理．

(1)混凝土表面的劣化层(如浮浆、风化层等)要用砂轮机进行清除和打磨；

(2)基面的错位与凸出部分要磨平，转角部位要进行倒角处理：

(3)裂缝部分要注入环氧树脂浆进行修补。

4.1.3基面的清洗

(1)先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去，然后用压缩空气除去粉尘；

(2)用丙酮或无水酒精擦试表面，也可用清水冲洗，但必须保证其充分干燥后才能进行下一道工序的施工。

4.1.4涂刷底胶

(1)按比例准确配制好底胶并搅拌均匀，对已失效的坚决不能使用，以确保粘接质量；

(2)用滚筒或刷子均匀地涂抹在基面上，粘度较高，不能涂得太厚；

(3)底胶硬化后，在表面有凸起部分时，应除去重涂；

(4)待底胶指触干燥后，进入下道工序。

4．1．5粘贴面的修补

注意一次调和量在可使用时间内用完，超过时间的绝不能使用，注意直横均匀涂抹，自然风干。如在冬季施工，粘贴面要剐磨光机或砂纸打光。

(1)若发现粘贴面上有凹凸部位，应用找底胶进行修补，保证粘贴面的平整，以确保加固效果。

(2)待找平胶指触干燥后进人下一道工序。

4．1．6粘贴碳纤维布

(1)在待粘贴面上划出各层位置；

(2)依设计尺寸裁剪碳纤维布，应根据现场施工经验和作业空间确定下料长度，若需要进行接长时，接头的长度应根据实际情况而定，一般不得小于15cm；

(3)下料数量应以当天能用完为准；

(4)粘贴碳纤维布时，应依设计位置由上而下，由左至右有秩序地粘贴，并以滚筒压挤贴片，使碳纤维布与浸渍树脂充分结合，同时以压板去除气泡；

(5)即时观察贴片是否粘贴密实，若发现有间隙或气泡，应及时处理。

4．1．7罩面防护处理

(1)粘贴完碳纤维布后，即时在其表面再直横均匀涂抹一层浸渍树脂，自然风干；

(2)确保贴片表面已充分风干结合后，在其整体涂抹罩面胶或采取其它措施处理，以保证各层胶的耐久性。

4．2粘贴施工要求

4．2．1 对被加固陶件的整面要求

因为用碳纤维布加固混凝土构件是依赖于碳纤维布与构件表面的粘贴效果，所以要求基面的混凝上强度等级不低于C15。同时要求砼加固构件应具有较好的保护层，即基面平整且具有一定强度。对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损，必须先进行修复，并应将粘贴基面打磨平整、清理干净，且不应存在尖锐楞角和浮灰粉尘，防止碳纤维布的局部剥断破坏和粘贴失效。

4．2．2碳纤维布的粘贴

用碳纤维布加固混凝土构件宜采用薄布多层的粘结方法，使其与粘结材料充分浸润，确保粘结效率。对于受弯构件宜在受拉区沿轴向平直粘贴碳纤维布进行加固补强，并在主纤维方向的断面端部进行附加锚固处理．。

4．2．3碳纤维布的搭接与截断

加固用的碳纤维布一般不宜采取沿主纤维方向的搭接，尤其是对受拉构件和受弯构件受拉区的加固。根据国内外对碳纤维布与混凝土间粘结锚固的试验结果，粘结应力主要集中于端部100mm范围内，粘结破坏是脆性的，且粘结应力一般不会产生扩展。因此，若碳纤维布确需搭接时，其搭接部位应避开构件应力最大区段，搭接长度不应小于15cm，且搭援端部应平整无翘曲。多层搭接的各层接口位置不应在同一截面，每层接口位置的净距宜大于200mm。

4．2．4施工时其它应注意的事项

(1)现场气温低于5℃及雨天或可能结露时，应停止施工；

(2)在施工现场，应做好防火等安全措施；

(3)各种胶粘附在皮肤上时，要用肥皂水冲洗，特别是进入眼内，要立即用水冲洗，或接受医生诊治。

4．2．5加固所用的碳纤维布及其配套粘结材料均应有厂家所提供的材料检验证明和合格证。

结束语

综上所述，粘贴碳纤维布新技术是加固钢筋混凝土结构行之有效的方法，值得推广和应用。

参考文献

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