浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用

2015-10-21叶雄

建筑工程技术与设计 2015年6期

关键词：加固桥梁应用

叶雄

【摘要】本文首先对碳纤维材料结构加固技术作一些简介，然后结合工程实例，对碳纤维材料在桥梁加固的应用谈一些看法。

【关键词】碳纤维材料桥梁加固应用

碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化，有着优异的力学性能。用其加固补强混凝土结构施工简单便捷，在桥梁维修加固中得到广泛的应用。本文结合工程实例，对碳纤维材料在桥梁加固的应用谈一些看法。

一、碳纤维材料结构加固技术简介

1、碳纤维材料特性

碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000Mpa，弹性模量大于2.1×l05MPa.综合材料的物理、力学特性分析，要想最大限度地发挥材料自身的优势，适宜将C（RP材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。

2、碳纤维材料加固的原理

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，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。

3、碳纤维补强技术的特点及优越性

（1）优异的力学性能，可有效用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗剪、抗拉、抗疲劳、抗震、抗风，控制裂缝及挠度的扩展。

（2）优异的化学稳定性。碳纤维布具有极强的抗酸、碱、盐、紫外线和防水能力。具有足够的适应气温变化能力。外加防火层后可以有效地防火。因此，可大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，延长结构寿命。

（3）材料本身质轻高强。可以不增加结构体积和不改变结构外型。增加的结构重量可以忽略，便于用所需要的色彩涂装，而不留补强痕迹。

二、在桥梁加固工程的应用

1、工程概况

某公路桥梁为一座东西走向的三跨普通钢筋混凝土简支板梁桥，跨径组合10m+10m+10m，为正交桥梁。该桥梁于上世纪90年代拓宽改建，中幅为老桥，南、北两幅为拓宽新桥。由车流量较大，且通过该桥的超载车辆较多，导致桥梁的主要病害为桥面铺装纵、横向裂缝，混凝土破损、露筋严重，局部修补后又出现破损、露筋。已有单梁受力倾向，威胁桥梁运营安全，因此对本桥梁采用碳纤维加固技术对桥梁的板梁进行加固。

2、施工技术要点

（1）加固材料性能。加固材料的选择需满足规范对材料强度的基本要求，并且应有较好的强度储备，并能满足耐久性等要求。具体主要包括以下要求：

①材料强度高：抗拉强度≥3400N/mm2，安全储备充足。

②材料延伸率高：高于1.5%，材料韧性好。

③耐久性好：配套树脂应经过《机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候加速试验方法》GB/T14522-93规定环境条件的2000h加速老化试验，试验结果应满足《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146：2003）中要求。

（2）基层表面处理及修复。

①根据不同情况对缺陷处进行修复和处理：裂缝宽度>0.2mm时，应采用压力灌注、封闭处理；对松动的混凝土表面则将浮层凿去；裸露钢筋进行除锈处理，再用修补砂浆进行修补。

②要求清除表面的浮浆、油污、木屑等所有杂质，除去表面2-3mm厚的砂浆层，直至露出坚实的骨料。表面层打磨后应用强力鼓风机或吸尘器将表面灰尘彻底清除。

（3）材料准备。

①现场根据图纸下料，对加固碳纤维布的规格、长度、宽度、厚度进行核查。应注意布的两端是否宽度一致。

②施工前应检查所用粘结剂是否与提供的材料产品说明书相符，使用材料是否过期。

③粘结剂的搅拌应按产品说明书中规定的配比，A组分：B组分=3：1，采用天平称量并置于容器中，用搅拌器搅拌至色泽均匀。