碳纤维布在城市高架桥中的应用及展望

胡江

摘 要：近年来，碳纤维布在国内外的加固中，运用越来越广泛，在加固钢筋混凝土梁和建筑空心板等得到了广泛运用，并得到了良好效果。本文主要通過对碳纤维布的材料性能、特点，结合碳纤维布加固混凝土构件的施工工艺，综述粘贴碳纤维布在城市高架桥中的研究以及应用，并指出碳纤维布在以后城市高架桥加固中的发展趋势。

关键字：碳纤维布；城市高架桥；加固；工艺

1 引言

我国城市高架桥中，主要采用的是预置箱梁或者现浇箱梁，由于勘察、设计、施工、时间、车辆荷载等原因，原有高架桥的承重能力已经不能满足现在交通的需求，需要进行加固，补强。目前采用的加固方法很多，有加大截面加固法、外包钢法、喷射混凝土法、增设支点加固法、粘钢加固法、预应力加固技术或改变桥梁横向分布系数法等。由于这些加固技术的施工都比较复杂，工期较长，在城市高架桥修复加固中并不适用。在城市高架桥加固中，需要一种快速，高效的加固方法对高架桥的梁进行加固。碳纤维加固技术是一种新兴的结构加固方法，它采用特种结构用胶将碳纤维材料粘贴在结构构件表面，从而起到对原结构的补强作用。碳纤维的加固有效提高了桥梁的承载能力，满足了该桥现有使用功能的需要。

2 碳纤维材料特点

碳纤维是一种纤维状的碳材料，在一定的温度下经过特殊的工艺制造出来的高科技产品，具有良好的耐腐蚀性、耐热性、耐久性，同时具有优异的物理力学性能，一般常用碳纤维的抗拉强度大于3000MPa，强度为建筑用钢的十几倍，弹性模量和建筑用钢处于同一水平，自重轻，携带方便，施工简单，日常维护费用低，是一种理想的结构加固补强材料。

3 碳纤维补强技术的特点和优越性

3.1 良好的化学稳定性。碳纤维的防水能力很好，也有很强的抗酸、抗碱、抗紫外线能力，适用于不同气候条件和工作环境，在其外加一层防火涂层能够起到防火的作用，由于碳纤维布良好的化学性能，且能适应各种各样的恶劣环境，可以使结构的使用寿命延长。

3.2 出色的力学性能。碳纤维凭借优越的力学性能，应用在各种各样形式的结构补强中，比如抗弯、抗剪、抗压、抗震、抗风、抗疲劳、对挠度和裂缝的扩展也有很好的控制作用等。因此，在各种形式的桥梁、楼房等都能得到很好的运用。

3.3 施工工序简单，碳纤维布实用小型电动工具就能够施工。相关资料显示，在交通不间断的情况下用碳纤维进行施工，，其补强效果不会受到影响，这就能使施工断交的时间大大缩短，具有较好的经济、社会效益。

3.4 材料质轻高强，碳纤维材料的质量轻、强度高，可以减小结构附加的质量、体积，结构外形也不必发生改变。用所需要的色彩进行涂装特别方便，而且不会有补强痕迹留下，这是其它方法无法比拟的。

4 碳纤维布在城市高架桥中的原理

碳纤维修复补强混凝土结构的原理：使用特殊方法合成的环氧树脂粘贴在结构表面上，等树脂固化后，原结构和树脂固化后的碳纤维组成了新的复合体，使得碳纤维布和钢筋会一块承受外荷载，钢筋的应力由于碳纤维布分担而大大降低了，也有效减缓受拉区的混凝土开裂。

5 碳纤维布加固高架桥的工艺流程

工艺流程：卸荷-基底处理-涂底胶-找平-粘贴-保护，每一步操作要求具体如下。

5.1 卸荷

加固前对桥梁进行封道，所加固的构件应尽可能地予以卸荷。

5.2 基底处理

对混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除。对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复，具体处理如下：

（1）裂缝部位应首先进行灌浆或者灌注环氧树脂封闭处理；

（2）用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平转角，粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R>10mm）；

（3）用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥。

5.3 涂底胶（FP胶）的要求如下：

（1）按主剂∶固化剂=2∶1的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用弹簧秤计量，电动搅拌器均匀搅拌，根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间，一般情况下要求1h内用完；

（2）用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面，待胶体固化后固，再进行下一工序的施工，化时间视现场气温而定，以指触干燥为准，一般固化时间为2d～3d。

5.4 混凝土找平

混凝土表面凹陷部位应用FE胶填平，模板接头等出现高度差的部位应用FE胶填补，尽量减小高度差，转角处也应用FE胶修补成光滑的圆弧，半径不小于10mm。

5.5 粘贴碳纤维布

粘贴按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3m之内。调配、搅拌粘贴材料FR胶（使用方法与底胶FP相同），然后均匀涂抹于待粘贴的部位，在搭接、混凝土拐角等部位要增加涂刷量。在确定所粘贴部位无误后粘贴碳纤维，用特制滚子反复沿纤维方向滚压去除气泡，并使FR胶充分浸透碳纤维。多层粘贴应重复上述步骤。待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。在最后一层碳纤维的表面均匀涂抹FR胶；碳纤维沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm，横向碳纤维布来固定端部。

5.6 保护

加固后的碳纤维表面应采用抹灰或喷防火涂料的方法进行保护。

5.7 碳纤维布加固过程中几点建议

（1）施工建议碳纤维应贴在梁的受拉区的下缘，如需要贴在梁侧面时，宜限于1/4梁高的范围，对侧面的碳纤维面积应乘以折减系数。

（2）碳纤维粘贴层数不宜超过五层，对多层碳纤维应考虑共同工作系数的折减，碳纤维层数过多将导致混凝土结构的脆性破坏。

（3）碳纤维分条粘贴的加固效果优于整幅粘贴。碳纤维粘贴应有可靠的锚固，锚固长度应通过计算决定，必要时可另加锚固设施。

6 结束语

在城市高架桥加固中，碳纤维材料以其轻质高强，随着碳纤维布的价格降低和加固技术的不断发展，粘贴碳纤维布加固的方法具有明显的技术优势，有着良好的社会效益和经济效益，碳纤维布在加固高架桥时，自重轻，携带方便，整个施工过程快速，简便。相对其他加固方法，整个加固修复的周期较短，养护工作也较为简单，日常维护费用低。碳纤维布加固修复技术能够在较短的时间内，完成对城市高架桥的修复加固，恢复城市道路的同行能力，给人们的出现和生活带来便利，具有良好的社会效益。碳纤维布加固修复，所需施工人员较少，整个施工过程中，需要用到的运输费，人工费等较少，工程的快速完成，快速的为企业创造利润并促进资金的流通，有利于企业资金的回流，使得企业经济效益得到提高。碳纤维布加固技术以其材料的特点和修复加固上的优势，在城市高架桥加固中的应用将更加的广泛，值得大力推广，具有广阔的应用前景。

参考文献

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