桥梁碳纤维加固技术的应用研究

郭亚威

河南省路桥建设集团有限公司，河南 商丘 476000

由于我国是一个多山地带国家，河流密布，基于交通发展的需要，各式桥梁星罗棋布。在常年车流压力及风吹日晒下，这些桥体都不同程度的出现了毁损，有的还相当严重。经过长期的实践探索，我国在旧桥加固维修方面积累了丰富的经验。总的来讲，应用比较成熟的旧桥加固方法有以下几种：喷射混凝土加固法、预应力加固法、加大截面加固法等。从应用实践来看，各种加固方法各有优劣，在实际施工根据不同的桥梁类型及毁损的程度部位等视情况选用。近年来，随着科学技术的进步，许多新型的加固材料被研发，其中碳纤维就是其中的一项，将高科技纤维材料应用于桥梁的加固修复是人类的又一伟大的创举，随着实践的发展该工艺的应用不断成熟，以下就碳纤维对桥梁加固技术作以简要阐述。

聚丙烯睛经过高温碳化便形成碳纤维，基于其自身的性质特点，碳纤维对于混凝土结构的补强具有很好的作用。碳纤维种类有很多，根据不同的标准有很多种分类，按照碳纤维的形状不同可分为：棒材、片材、短纤维等，按照力学性能的不同可以分为：高强度纤维、高弹性模量纤维、中等弹性模量纤维等。 碳纤维的补强原理是，在结构补强中把碳纤维布和碳纤维棒材用有一定强度的粘合剂粘贴到混凝土上，使它们共同作用最终达到补强的目的。

1 碳纤维加固桥梁的优点

由于碳纤维材料具有高强度和高弹性模量的特点，相比于其它加固材料，碳纤维在桥梁结构加固中具有以下优点：

1）高强高效

由于碳纤维材料具有高强度、高弹性模量的优异物理力学性能，其在对混凝土桥梁进行加固补强时可以充分提高桥梁的构件承载力，以达到加固桥梁的目的。

2）耐腐蚀

碳纤维材料由于不与酸碱盐等化学物质发生化学反应，化学性质稳定，具有其它的加固材料所不具有的特点和优势，经过该材料加固后的建筑物具有耐腐蚀性，持久性的特点。另外，该工艺在腐蚀环境下应用优势则更加突出。

3）不增加构件的自重及体积

碳纤维布由于质量轻，经过该材料加固的建筑物质量不会因此而过大的增加，从而增强自身的承受压力，另一方面不会影响建筑物的使用空间，因而具有很强的推广潜力。

4）便于施工

运用该材料进行建筑物加固时，由于其自身质轻的特点，不需要大型的机器设备即可施工。操作程序简单，占用空间小，工作效率高。

2 碳纤维布应用范围

碳纤维布对桥梁加固的应用范围主要体现在以下几点：桥梁承受弯矩和剪力构件正截面承载力的补强；斜截面承载力的加强；截面的承剪的加强；受压构件的加强等。

2.1 正截面承载力加强

用碳纤维进行正截面承载力的加强时，宜采用如下图1所示的粘贴方法进行加固：

图1

在桥梁的底部粘贴碳纤维布进行桥梁加固时可根据损害程度粘贴一层或数层碳纤维布，粘贴的层数可根据《混凝土结构设计原理》的正截面承载力，计算出粘贴的层数，碳纤维布的形状以U形为宜，因为这样可以最大限度的提高正截面的承载力。

2.2 斜截面抗弯和截面承剪加强

对斜截面抗弯加固或提高截面的抗剪能力加固时，可采用如下图2的粘贴方式进行粘贴：

图2

在进行斜截面抗弯和截面承剪加强时，宜把碳纤维布剪成条形状粘贴在桥梁的侧面，为保障碳纤维布的的最大抗拉性能，粘贴的方向一般应与梁体内的主拉应力迹线保持一致。粘贴的层数可根据《混凝土结构设计原理》和钢筋的抗弯与抗剪能力来综合计算。

2.3 受压构件的加固

使用碳纤维布进行柱体受压构件的加固时，可采用如下图3的方式进行加固：

图3

对于混凝土杆件的加固，碳纤维布的作用相当于混凝土柱中的钢筋。因此对于碳纤维布的粘贴层数也可以根据《混凝土结构设计原理》进行计算，其中对于柱体的加固既可以全部粘贴包裹，也可以部分粘贴包裹，实践证明，采用部分包裹的方式进行加固时效果比全部包裹更明显。用该方法进行加固的柱体不仅可以提高柱体的承载力，而且可以提高柱体的延性，该项工艺在地震多灾地区的优势更加明显。

3 加固的施工技术要点

1）做好施工前的准备工作，施工前对所要加固的建筑物进行研究分析计算等，如加固的层数，构件的特点，配备相应的设备，以保证施工的顺利进行；

2）对加固部位进行必要的处理，保证加固的效果。如对混凝土部位进行消光打磨等，在潮湿的施工环境下，对加固的部位进行干燥处理，去除表面灰尘；

3）在粘贴碳纤维布时不忘进行刷底层树脂，这可以有效的使碳纤维布和混凝土构件密切粘和，刷树脂要均匀、有足够的粘结强度，以使它们共同作用加固构件。底层树脂应该均匀、全面；

4）粘贴碳纤维布时用专门的粘贴工具进行施工，为防止粘贴的过程中出现气泡影响粘贴效果，可用浸润的树脂进行抹平，挤出其中的气泡，把碳纤维布粘贴平顺，挤出其中的气泡，如果需要粘贴多层碳纤维布，重复上述操作，最后覆上聚醋薄膜；

5）对粘贴后的碳纤维布表面进行适当处理，待树脂固凝固之后，可在碳纤维布的表面刷一层防火漆或防晒漆，增强粘和的持久性，防止树脂的老化脱落。

4 碳纤维棒材加固桥梁结构的一般方法

碳纤维棒材由于其自身特性，它的加固补强作用主要体现在以下几点，受弯构件的正截面承载力的补强，截面的承剪的加强，斜截面承载力进行加强。

4.1 正截面承载力加强

用碳纤维棒材进行构件加固时方式有很多种，对构件正截面承载力进行加强时时宜采用采用植筋的方式进行，当正截面抗弯能力不能满足需要时要先进行处理后方可加固。

4.2 斜截面抗弯和截面承剪加强

用碳纤维棒材进行斜截面抗弯和截面承剪加强时一般也采用植筋的方式进行，加固方式可参照图2所示步骤，在梁的侧表面和梁体内的主拉应力迹线一致的地方，凿出沟槽，放人碳纤维棒材，然后用环氧树脂混凝土封闭。

5 结论

运用碳纤维对建筑物进行加固，无论是片材还是棒材都有十分显著的特点和优势，相比于其它加固方式是一种值得广泛应用的新技术。

[1]金琳.碳纤维片材在混凝土框架梁加固中的应用[J].黑龙江科技信息，2007(6).

[2]包晓云.碳纤维布在旧桥加固维修工程中的应用——烟凤线外夹河大桥加固维修为例[J].科技信息，2007(2).

[3]王涛，黄平明.碳纤维布采用预应力卸载法加固钢筋混凝土空心板桥的分析研究[J].太原理工大学学报，2008(1).

[4]林金淑.植筋技术在三明市列东桥旧桥加固中的应用[J].科技信息(科学教研)，2007(16).