碳纤维材料在桥梁维修加固中的应用

摘要：本文综合阐述了碳纤维材料在桥梁维修加固中的应用，以及碳纤维材料加固的机理和在桥梁维修加固中的施工工艺和技术。

关键词：碳纤维材料；桥梁维修加固；施工工艺和技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

前言

随着交通技术的日益发展，我国的交通运输量也在不断的增加，目前我国的桥梁承载能力和使用年限已经满足不了当前的现状。因此，对桥梁的维修和加固上面已经受到了国家和建筑工程企业的关注，而碳纤维是用于桥梁维修和加固的一项新兴技术，它主要是利用利用浸渍树脂将碳纤维布沿受力方向或垂直于受力方向粘贴在受损的桥梁的混凝土构件上，使其和原有的钢筋共同起到了承重的作用，从而对混凝土起到了加固的作用。对桥梁加固之后，可以增加桥梁结构的抗拉力、抗裂性和延展性，有效的提高和增强桥梁结构的强度、抗裂性和延展性，可以有效的控制控制裂缝的延伸。碳纤维具有耐腐蚀、抗老化和优异的力学性能，使得在桥梁工程中混凝土的施工更加的方便和优势。随着新型碳纤维材料的大量生产和价格的降低，逐渐已经开始使用碳纤维材料代替钢板作为外加固材料。

1.碳纤维复合材料的性能

碳纤维材料是一种复合型的纤维材料，复合纤维材料就是由最基本的材料和增强材料两种材料组合而成的新型材料。

1.1碳纤维布

碳纤维材料的力学性能相对于较好，普通的碳纤维材料是以聚丙烯腈或以中间沥青纤维为基本的材料，最后经过高温碳化生成的，碳化的程度直接影响着密度和导电性能等。碳纤维长丝的直径一般在5到8之间，其中含有大约3000到18000根长丝束组成，为了改善碳纤维材料的亲和性，纤维的本身就要经过表面的处理，形成能够基体反应的活性基团。虽然碳纤维材料的比重很轻，但是其抗拉的强度确实刚的8倍左右，抗拉弹性也高于钢。因此碳纤维布的比读也就是材料的强度和密度之比可以达到2000Mpa/(g/cm3),而最好的钢也仅仅只是在60Mpa/(g/cm3)左右，碳纤维材料的比模量也比钢高了很多。材料的比强度越高，构件的钢度也就越大，虽然碳纤维材料的强度很高，但是她的弹性系数基本上和钢筋差不多。

1.2粘结材料

粘结剂的性能和工艺是受被加固的构件和碳纤维布同时决定的，要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤维布有高的粘结力、抗拉和抗压，粘结剂对界面和碳纤维布都有良好的渗透性，具有抗老化、耐疲劳的优异性能。

粘结材料是根据粘结材料而定的，粘结材料主要包括浸渍树脂、底涂胶和整平材料。当底胶侵入到混凝土中的时候，加强混凝土表面的强度，改进粘结的性能，提高混凝土和碳纤维布之间的粘结性。碳纤维布有可能因为混凝土表面的日瑞凸起而产生锁上，从而降低了强度。在涂有底涂材料干燥之后，必须要使用平胶找平，补平材料可以补平因为混凝土因为表面造成的斜面和空洞等。浸渍树脂也是粘结的主胶，是将连续黏贴的碳纤维布紧密结合在一起，使纤维之间相互均匀结合抵抗外压力。

2.碳纤维加固的机理和特点

2.1碳纤维加固机理

碳纤维布是正交异性材料，它沿着纤维方向具有很高的强度单项加固一般是沿着加固混凝土梁体的纵向布置碳纤维布的主拉应力方向，这就要求和柱钢筋的受力方向要保持一致，碳纤维布黏贴在梁体受拉区，主要的作用就是保持和受力钢筋一样。碳纤维材料的纤维方向和受力的方向相同，强度就越高。当炭纤维材料的纤维材料和受力方向相同的时候，此时强度最低。使用环氧树脂将受力性能较好的碳纤维材料黏贴在混凝土中，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，此时碳纤维才来哦和钢筋一起承受，降低了钢筋的应力。

2.2碳纤维材料加固的优点

（1）化学和物理性能较稳定：碳纤维材料的防水能力比较好，同时也有较好的抗酸、抗碱和抗紫外线的能力，适应在不同条件和不同气候条件下使用。同时炭纤维材料在用于桥梁加固的过程中，能够有效的延长桥梁使用的时间。

（2）力学性能：碳纤维材料主要就是用在混凝土桥梁结构中用于加固的材料，同时还可以提高桥梁的抗弯、抗压能力。而且碳纤维材料可以有效的组织地震和风力，在控制裂缝的程度上，碳纤维材料也能起到一定的作用。

（3）工序简单，节省材料：碳纤维材料可以使用不同的结构，也方便成型，从而减小了施工的难度，缩短了施工的时间。碳纤维材料的单位和体积都比较小，减少了在结构中的体积，节省了施工的材料。碳纤维材料加固的工艺简单，需要的工作场地也比较小，所以在对于桥梁工作的过程中受限制的条件下，就可以采取这个方法。

3.碳纤维材料在桥梁施工中的技术和工艺研究

3.1基地混凝土的处理

（1）裂缝处理：将碳纤维材料沿着裂缝的垂直方向进行黏贴。当裂缝宽度不超过0.2毫米的时候，可以使用环氧树脂进行表面的涂抹。当裂缝宽度超过0.2毫米的时候，使用环氧树脂进行浇灌在涂抹。当裂缝大于1毫米的时候，首先需要对主梁进行灌胶，然后在表面使用环氧树脂涂抹。

（2）面层的处理：对于混凝土表面的杂物、风化物和脱落的地面首先要使用砂轮机进行打磨，打磨完成之后在使用喷嘴机进行清除，粉末和灰尘也要进行处理，转角部分要使用倒角处理。如果表面有钢筋露出来的时候，要进行腐蚀处理，再用强度较好的环氧树脂进行修补。必须要使用清水冲洗一下，等修补的地方干燥之后才能进行下一步程序。

3.2底层涂料

为了将碳纤维材料和构件更好的黏贴，必须要在构件的表面涂抹一层底胶。首先，必须要确定好涂抹的量的多少，将涂料的主剂和固化剂按照一定的比例相互混合在以此，经过搅拌之后在一定的时间之内一次性用完。如果放置的时间太长就会影响粘结的质量。然后在使用刷子将涂料涂抹均匀，使其完全向下渗透到混凝土中。如果施工的环境太低，在使用刷子涂抹的时候不能涂抹的太厚。

3.3进一步修补粘结面

在桥梁中经常会存在一些空洞，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，在黏贴碳纤维材料的时候，就会出现起泡从而影响了黏贴的质量和效果。所以必须要在低层干燥之后，经过打磨之后在使用粘结腻子进行表面的重新修整。

3.4碳纤维材料的黏贴

在修整的表面干燥之后，才可以使用碳纤维材料黏贴。按照实际所需要的碳纤维材料的大小，使用剪刀进行裁剪，为了减少材料的浪费，尽量按照实际情况进行剪裁。将环氧树脂和硬化剂按照一定的比例进行调整，充分搅拌均匀，在搅拌的过程中使用多少就调配多少，超过使用时间的材料就不能在进行使用。然后使用刮刀和刷子将配置好的环氧树脂涂抹到混凝土的结构表面，使结构表面和粘贴剂紧密结合，在使用滚筒将碳纤维布中的气泡滚压，保证碳纤维布和黏贴及的黏贴质量。

结束语

碳纤维材料具有其独特的性质和良好的力学性能，在未来的几年之内，碳纤维材料会逐渐运用到房屋的修建和混凝土的休整之中。使用碳纤维材料不仅仅可以减少建筑的体积和重量，还可以缩短施工的时间，提高施工的质量，提高材料的使用率。碳纤维材料商回忆中新型的高强性粘结的材料，而且碳纤维材料的强度较高，为施工提供了便利，适合于桥梁下的高空工作，尤其是在加固桥梁的过程中。综上所说的可以得出，碳纤维材料的兴起和使用，在桥梁建筑的加固过程中更加的能够施工的质量，使得桥梁工程在加固的过程中有了一个方便快捷的修补方法。在未来的几年里，碳纤维的加固修补会在桥梁中被广泛的应用，同时还会使用到各种建筑工程中。

参考文献

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