应用碳纤维加固技术在桥梁施工的探讨

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摘要：采用碳纤维聚合物CFRP（Carbon Fiber Reinforced Polymer）加固混凝土结构，是近十年来在发达国家中新兴的成熟的加固技术，也是国内工程界日渐关注和发展中的加固应用技术。碳纤维布（简称碳布）目前在土木建筑，桥梁、隧道、混凝土结构抗震、修复、加固、补强方面的应用得到大力推广。本文通过具体的工程实例，详细阐述粘贴碳纤维布技术在桥梁加固工程中的应用，从施工工艺、工序等方面进行了认真分析与探讨，以备今后施工与设计参考。

关键词：碳纤维布桥梁加固技术

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

粘贴碳纤维布加固混凝土结构技术是一项新型、简便、有效的混凝土桥梁加固技术。该技术充分应用了碳纤维增强复合材料所特有的高比强度、高比模量、耐腐蚀、抗疲劳及施工简便等许多优点，为混凝土桥梁加固技术注入了新的活力。本文结合北京市通州区武窑桥墩碳纤维布加固技术的实践，详细阐述碳纤维布技术的工艺、工序及施工注意事项。

1碳纤维结构加固技术简介

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的使用碳纤维布加固具有以下几个优点：

1）强度高，抗拉强度约为普通钢材的10－15倍；

2）加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；

3）自重轻，本工程碳布约300g／m2，基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；

4）施工简便，不需大型施工机构及周转材料，易于操作，经济性好；

5）施工工期短，本工程实例仅用10天。

2碳纤维布的加固原理

用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，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，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又要确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。

3适宜的承载力加固类型

3.1碳纤维加固钢筋混凝土抗弯构件

钢筋混凝土受弯构件的抗弯加固，是通过将碳纤维布粘贴于构件受拉区，代替或补充钢筋的受拉性能，从而提高构件的抗弯承载力。粘贴碳纤维后，在构件受拉区混凝土开裂前，碳纤维的应变很小；在混凝土开裂后，碳纤维布逐渐参与共同工作，应变增长加快；而在钢筋屈服后，碳纤维布充分发挥作用，应变增长迅速加快，其高强高效的性能得以充分体现。但通过粘贴碳纤维布提高的承载力应受到限制（不大于40％加固前的承载力）。

碳纤维片材用于受弯构件正截面加固的破坏形态：1）端部剥离破坏，研究表明，在靠近支座端部的片材与基层之间会有很大的端部剪力存在，使得片材与基层剥离，从而使碳纤维不能与原结构共同受力，失去加固作用。2）弯曲裂缝剥离，在已开裂的部位，裂缝两边胶中有很高的剪应力存在，使得裂缝两边的片材容易剥离。3）碳纤维拉断，同时钢筋屈服。4）碳纤维不拉断，钢筋不屈服，压区破坏。5）钢筋屈服，碳纤维不拉断，压区破坏。

3.2碳纤维加固钢筋混凝土抗剪构件

钢筋混凝土的抗剪加固，是将碳纤维粘贴于构件的受剪区，这里碳纤维的作用类似于箍筋。在构件屈服前，碳纤维的应变发展缓慢，所达到的最大应变值也较小；在构件屈服后，箍筋的作用逐渐被碳纤维代替，碳纤维的应变发展加快，应变值要高于箍筋的应变值，而箍筋所起的约束作用减小，其应变发展缓慢。

4粘贴碳纤维布施工技术

依据本工程设计图纸要求，本工程施工分4个步骤，分别是基底处理、涂底层涂料、粘贴碳布、表面防护。

4.1基底表面处理

清除墩柱表面剥落、疏松、腐蚀等劣化混凝土，混凝土表面用角磨机打磨平整，直至露出混凝土结构层。构件面蜂窝、麻面、凹凸部位用修补结构胶填平，修补胶固化后（以手指触感干燥为宜，约5小时）进行下一道工序。

4.2涂底层胶

按粘贴面积计算好用量，准确称取甲、乙组份，按甲：乙＝3：1的混合比例，在一洁净容器（塑料或金属盆，不得有油污、水、杂质）中均匀搅拌，搅拌时最好沿同一方向搅拌，尽量避免混入空气形成气泡。用硬毛刷将配好的底胶均匀的涂刷到粘贴面，胶量必须充足饱满。

4.3粘贴碳纤维布

按设计要求尺寸剪裁碳布，注意整齐划一，避免毛刺。宜在平整的木板、纸板、塑料布上裁剪，以保持纤维布的洁净。

碳布粘贴前应先配制完成面胶，然后将配制好的面胶均匀涂抹于构件粘贴部位和碳布上，（75％的面胶涂抹在碳布的粘贴面，当粘贴后，剩余的25％面胶涂抹于碳布外表面）拐角部位适当多涂抹一些。用专用滚筒顺纤维方向多次滚压，促使碳布平整延展，粘贴剂充分渗透，滚压时不得损伤纤维布。在碳布表面涂刷部分粘贴剂，继续往复刮涂碾压，赶出气泡，并使粘贴剂均匀覆盖碳布。注意碳纤维片纵向接头，必须搭接10cm以上。第一层碳布表面面胶指触干燥后，立即进行第二层碳布粘贴，重复上术步骤。注意第二层粘贴时，纵向搭接不能与第一层在一个部位，层间必须错开至少50cm。

4.4表面防护

粘贴48小时后，刷20mm厚水泥砂保护，涂刷要均匀、无流浆、滴泪现象。

4.5施工注意事项

1）粘贴胶的一次搅拌量应满足本次施工的使用量，不可超出，如超过使用时间则应将粘贴胶废弃，不允许再次使用。通常在室温条件下粘贴胶的有效时间为1小时。

2）施工过程中应避免碳布沿纤维垂直方向弯折。

3）为保证安全施工，桥梁在施工过程中采取限载措施。

6主要优点

1）强度高。碳纤维片材的抗拉强度一般都在3500 MPa以上，远高于钢材；抗拉弹性模量为230000 MPa—430000 MPa，亦高于钢材。因此它的比强度（即材料的强度与其密度之比）可达到2000 MPa／（g·cm3）以上，而Q235钢的比强度仅为59 MPa／（g·cm3）左右，比模量也比钢材高。

2）施工简便、快捷。使用碳纤维加固构件不需大型施工机构及周转材料，易于操作，施工周期短，经济性好。

3）抗酸碱盐类介质的腐蚀，应用面广。加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性，可以应用于各种工作环境的构件加固。

4）可以有效地封闭混凝土结构的裂缝，延长结构的使用寿命。

5）易于保持结构原状，基本不增加结构自重及截面尺寸。

6）自重轻（约200 g／m2），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广。

7）施工工期短。

7结语

由于碳纤维的上述优点，故它在大跨度桥梁特别是立交桥梁加固中得到广泛应用。广州花地立交桥加固、广州解放北立交桥加固和广州客村立交加固就采用了碳纤维进行梁底和梁侧加固。

参考文献:

[1]王长锴.碳纤维加固混凝土结构技术性能分析及应用[J].山西建筑,2005,31(12):47-48.

[2]林莉.碳纤维加固技术[J].山西建筑,2005,31(24):90-91.