碳纤维布在桥梁加固维修中的应用

摘 要：在桥梁加固维修中，碳纤维布是一种新型的加固材料，具有施工简单、加固效果好、施工对桥梁的正常通行影响较小等优点，可以使公路使用寿命延长。基于此，本文对碳纤维布在桥梁加固维修中的应用进行探讨。

关键词：碳纤维布 桥梁加固 维修

当前，桥梁老化、桥梁裂缝、桥梁破损等病害问题普遍存在。虽然这些桥梁都出现了病害，但是还具有使用价值，如果重新建设，需要花费大量的资金，造成资金浪费。为了保证桥梁的荷载等级和承载力，需要对桥梁进行加固。碳纤维布作为一种新型的加固方法在控制裂缝发展、提升桥梁的抗剪能力方面具有良好效果。

1.案例介绍

某桥梁于90年代建立，设计一级公路标准。公路桥梁由双向车道构成，最后形成两个半幅桥，在桥的中间设有分车道，桥的宽度和长度分别23.8m，91m，桥梁上部结构采用空心板梁，下部结构使用双柱式钻孔灌注桩墩台，桩径除了两个桥台为φ1.3m，其他墩的直径为φ1.2m。

2.造成的危害

比较容易导致主梁出现裂纹，受弯距作用的影响，腹板跨中范围内易于出现竖向的裂纹；受剪力作用的影响，腹板支座范围内易于出现斜向的裂纹；梁端支座处的混凝土强度较低、受支座处冲击力等影响，有的梁支点到端头的范围内腹板出现斜向裂纹，还有几个桥墩的梁腹板出现裂纹。对梁结构理论进行了充分的论证、认真核查桥梁技术以及荷载试验，维修梁腹板出现的裂纹可以采取以下几种办法：①采取维修加固补强技术来提升桥梁的承载能力，使其符合桥梁的使用标准；②将桥梁的现有危害处理好，使桥梁的耐久性得到提高；③对桥梁进行改造，使其改造后可以达到一、二类梁的标准。

3.碳纤维布加固的特征及原理

3.1加固的特征

（1）碳纤维布是一种布状材料，它具有较高的弹性和强度，是碳纤维按照单一的方向连续编制而成的。在使用的时候需要用专用结构胶或者是环氧树脂进行粘结，将其粘在需要加固的混凝土构件上，当树脂固态化以后就会构成新的受力体，原构件和高性能的碳纤维一起来承担荷载，从而实现加固的要求。

（2）碳纤维的自身重量比较轻，它的重量是钢筋的五分之一，使用碳纤维不会加重结构的重量。碳纤维的抗拉强度较高，可以达到普通钢板的十倍以上。碳纤维具有较强的弹性，它可以使钢筋混凝土中钢筋应力得到较好的降低。

（3）碳纤维具有较好的化学性能，它的化学结构非常稳定，遇到酸碱等化学介质不会出现腐蚀的情况，具有较好的耐热、耐寒性能，在盐碱环境中和露天施工场地比较适合使用。

（4）碳纤维质地柔软，可以在任何情况下使用，施工和运输都比较便利，不需要使用专业的设备和大型机械来运输，这样可以使施工费用得到有效的控制，使工程的施工期得到有效缩短。

3.2加固的原理

碳纤维的排列方向不同其拉伸强度就会不一样，当碳纤维拉伸的方向与受力方向是一样的时候，拉伸强度就会较高，相反，拉伸强度就会降低。通常情况下，构件受到弯距影响，构件的受压区域就会产生裂纹，将碳纤维布粘贴到受拉区表面，构件受到荷载的压力作用以后，裂纹无法实现进一步的延伸。所以，跨中出现的细小裂纹被均匀地分布在构件的受拉区域，导致构件截面的受压区域高度增加，受碳纤维的作用，受弯构件的承载能力也会得到有效的提升。

4.施工流程以及施工技术

使用专业的碳纤维布和粘贴树脂，依据设计的要求粘贴于混凝土的表面，实现结构物增强补强效果的作用，材料及性能的详细信息详见下表1所示。

4.1施工程序

施工准备阶段处理混凝土表面粉刷底层树脂找平处理粘贴树脂或者是浸泡树脂碳纤维布粘贴处理表面。

4.2施工技术

（1）被加固的混凝土表面需要进行打磨处理，将表面的风化层处理干净，使其裸漏出新茬，将表面灰尘清理干净，依据设计要求对裂纹实施灌缝处理，表面使用修复材料将其修理平整，接着粉刷底层树脂。表层粉刷的树脂按照设计的要求配置并搅拌均匀，粉刷墙面的时候使用短毛滚刷施工，确保粉刷均匀。底层树脂干燥以后，按照设计要求来配置找平树脂，将基层找平，确保没有凸凹之处。

（2）浸渍树脂的粉刷。当找平树脂基本凝固以后，按照设计的要求来配置浸渍树脂，浸渍树脂搅拌均匀以后，在粘贴处均匀的粉刷，厚度保持在5mm左右，一定要确保厚度均匀，一定要完全粉刷不可以有遗漏的地方。

（3）碳纤维布的粘贴。碳纤维布按照一定的方向展开并拉紧，将其平铺在浸渍树脂的表面，轻轻地按压，使用专业的工具按照一定的方向来反复滚压碳纤维布，确保里面没有空气存在，使浸渍树脂和碳纤维布紧密地粘贴在一起，碳纤维布一定要铺平不可以有气泡存在。

（4）如果需要多层粘贴可以重复以上操作流程，碳纤维布表层的浸渍树脂凝固以后立即进行下一层的施工。当最后一层碳纤维布粘贴好以后，应该进行最后一次的压实，再将浸渍树脂均匀地涂抹在表面。加固层要想完全固化需要一周的时间，当加固层完成固化以后可以按照设计的要求来进行表层装饰。施工的时候，外部环境要保持在5℃以上，配套树脂的施工温度一定要控制好，环境温度和基材表面的温度要相差不太，湿度要控制在85%以内。

4.3工程总结

碳纤维布的施工特点为具有较强的耐久性、强度以及弹性。碳纤维布的抗拉强度要比钢材的抗拉强度高出十倍左右，使用环氧树脂将其与钢筋混凝土粘贴在一起，使构件和碳纤维布形成一个有机体，使补强效果得到明显的提升[3]。碳纤维布的重量比较轻，施工的时候不需要使用大型机械设备辅助施工，碳纤维布自身较薄，所占空间较小。由于该工程加固的空间比较紧，使用碳纤维布可以较好地体现出施工效果，同时还具有较强的耐久性。加固的时候，使用的是配套树脂和碳纤维，因此不会发生生锈的情况，同时具有较强的抗腐蚀性，当遇到酸、碱等物质的时候也不会被腐蚀。碳纤维布具有较强的耐热性和抗化学性，因此外观比较美观，能够保持结构的原来形状。碳纤维布在施工的时候，可以随着构件的形状进行剪裁，修复和补强不会使构件受到任何的影响，表面可以自由地粉刷、装饰，且施工比较方便。碳纤维布施工不需要大型机械设备和大量人力，使用碳纤维布来加固桥梁的主梁可以节省大量的投入资金，可以有效缩短施工周期，施工中不断交的要求也可以轻松实现，使工程的经济效益得到明显的提升。为了确保新技术的普及，相关单位一定要及时地制定完善的设计、施工以及竣工验收方案，从而确保新技术可以迅速投入使用。

5.结论

旧桥加固使用碳纤维布粘贴技术已经得到了国际的普遍认可，该技术已经被广泛使用，得到了有关部门的足够重视。经过大量的实践表明，碳纤维布加固技术是我国未来旧桥加固使用的主要技术，该技术具有很多的优点，比如自重较轻、施工周期短以及施工比较方便等。该项目施工受到很多因素的制约，维修后的质量需要经过一段时间的观测才能知道效果如何，经过认真的分析整理相关的信息，可以更加准确地评价旧桥碳纤维布加固的效果，认真总结施工经验，为今后该项技术的普及和推广打下坚实的基础。

参考文献：

[1]叶列平，崔卫，邱清瑞等.碳纤维布加固混凝土构件正截面受弯承载力分析[J].建筑结构，2001（03）：3-5+12.

[2]李忠献，张媛，景萌.碳纤维布加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的非线性有限元分析[J].工程力学，2006（A01）：122-127.

[3]李素兰.预应力CFRP加固桥梁抗弯性能的理论分析与数值模拟[D].武汉：武汉理工大学，2008.

[4]王荣霞，邢妍，白彦刚.混凝土加大桥梁截面法和碳纤维加固桥梁的研究[J].河北工业大学学报，2004（03）：59-63.