碳纤维在桥梁加固工程中的应用探析

2013-04-11惠小鹏

河南科技 2013年12期

惠小鹏

(山西运城路桥有限责任公司，山西运城 044000)

碳纤维加固技术在几十年的发展过程中已经受到科学界和工程界的广泛认可，其在桥梁工程加固上有着不可忽视的应用前景。碳纤维加固技术在桥梁工程中的应用对于桥梁结构改造、危桥修缮等有着极为重要的意义。不仅能够降低环境污染，还能够提高桥梁工程质量。

一碳纤维材料的特性

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic，简称CFRP)，是将有机母体纤维(例如聚丙烯腈、粘胶丝、沥青等)置于1000℃－3000℃的高温的惰性气体环境下，采用高温分解法(去除碳以外的所有元素)制成的含碳量达到95%以上的纤维材料。这种新型的补强材料强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小，因此被称为新材料之王，有“黑色黄金”“、第三代材料”的美称。

碳纤维材料根据其形态可分为布材和板材，相较于传统补强材料，它的比重不到钢材的1/4，而抗拉强度是钢材的7～9 倍，碳纤维片材的拉伸强度高达3400MPa 以上;弹性模量也高于钢材，达到230－430GPa，而且具有很高的耐酸碱性和抗腐蚀性。而在桥梁工程加固中连接碳纤维片材与混凝土之间的材料主要是树脂类粘结材料，使其形成共同的结构，其粘结强度比混凝土的拉伸强度和剪切强度都要高，然而受到温度的影响比较明显，在施工的过程中必须要严格控制温度。

二碳纤维加固的优点

相比较于传统的钢板加固，碳纤维加固有着以下一些优点:(1)施工方便，高效率，不需要使用大型机器即可进行操作;(2)可以修补混凝土裂缝，增加混凝土结构的使用期限;(3)在施工中不用破坏原有混凝土结构，只在结构表面进行施工;(4)成本低廉，且后期维护耗费少;(5)不会对原有构件的结构进行改变，在形状和大小上能够保持和原构件一致;(6)提高混凝土构件的抗疲劳性;(7)提高混凝土构件的抗腐蚀性;(8)提高构建的抗渗透能力和抗冲刷能力;(9)提高混凝土构建表面的光滑度，利于水流。

三碳纤维加固技术施工方法

1.基底处理

在对桥梁进行碳纤维加固施工前，应对要进行施工部分的基底进行处理。首先，要将桥梁的残缺部分进行修补。将破损、碳化的部分进行去除，对钢筋腐蚀的部分进行处理，然后对缺口的位置进行修复，使其与破损之前一样完整。在修补裂缝时，如裂缝宽度在0.2mm 以下时，可使用环氧树脂进行涂刷，再进行密封处理;如裂缝宽度在0.2mm 以上时，应使用环氧树脂灌入裂缝中进行修补。将施工位置破损、突出的地方打磨平事，使施工的表面尽量平滑，再用磨光机对边角进行打磨，倒角的半径应在30mm 以上;在打磨完毕后，应对表面进行清洗，然后待其干燥后方可进行施工。

2.涂刷底层

对施工底层进行涂刷是为了使涂料渗入到桥体中，强化粘结效果。在涂刷时，先对涂料进行合理调配，主剂与固化剂的配比应参考标准选取。在混合后，应充分搅拌，使两者均匀混合。由于涂料比较易固化。因此，在涂料调配完成后，应尽快施工，以避免涂料固化，造成浪费。在涂刷时，应使用滚涂的方式进行均匀涂刷。在涂料硬结固化后，应对涂刷表面进行打磨处理，使表面顺滑。在进行涂刷施工时，应对自然条件加以注意，保证温度在5℃以上，温度以85%以下。

3.碳纤维布的粘贴

根据施工面的大小对碳纤维布的形状、尺寸进行设计、裁剪。一般来说，碳纤维布的施工长度应小于2m;在确认自然条件满足施工要求后，用滚筒在施工表面涂刷胶水。胶水的使用量应依施工表面的平整度来决定，在转角的位置应多涂一些胶水，胶水涂好后静置一会，便可将碳纤维布粘贴到施工面上。在粘贴时，碳纤维布的粘贴方向应严格按照规程操作，在粘贴时，应用滚刷不断施加压力，滚筒的碾压力度和速度要尽量保持不变，使碳纤维布与胶水充分接触。同时，碾压出的气泡和胶水应及时处理。此外，在对碳纤维材料进行运输、裁剪时，应避免将其弯折，在粘贴前用直尺和刀具进行规范裁剪，以避免材料浪费。

4.养护

在碳纤维片粘贴之后，需要进行养护处理。养护的时间为施工表面硬结固化时，约为施工后的24h，在对施工表现进行养护时，应尽量避免外界的干扰。

5.涂装

在树脂硬结固化后，对桥梁加固的施工表面，可按需要涂耐火涂料或是其他颜色的涂料。

四碳纤维材料加固施工中应注意的问题

在桥梁加固工程中使用碳纤维材料时，根据材料的特殊性以及施工的特殊性，可以按照以下基本步骤进行:(1)对混凝土构件表面进行清洗，去除油脂和污物;(2)对混凝土构件进行检查，修补裂缝，去除钢筋铁锈;(3)将混凝土构件的表面残缺、突出、破损部位磨平，消除棱角;(4)要按照要求抹上底胶、找平胶和粘结剂;(5)将裁减好的碳纤维布或板材贴上，粘贴时应该考虑其受力方向，并且在粘贴是要确保碳纤维布与粘贴剂之间没有空气，没有孔洞，使碳纤维与混凝土表面紧密连接;(6)贴好一层碳纤维布后，及时均匀的抹涂第二层粘贴剂，再贴第二层碳纤维布。(7)如果因为不慎，在施工中出现空气，而无法赶出空气，应该在相应部位打出两个以上的孔，向内填充环氧树脂;(8)每道工序完成之后，都应该用塑料薄膜遮挡，防止风沙和雨水影响工程质量;(9)当贴片硬化后，如果出现褶皱或者松弛，应该将褶皱部位割除，再进行修补。(10)完成碳纤维粘贴后，应做24 小时的自然养护，达到固化的时间要求;(11)涂上一层粘贴剂，待固化到一定层度后，涂抹一层防火涂料。(12)最后在完成的修补部件上，可以适当的根据需求再覆盖上沥青等，将其整平。