浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用.doc

1、浅谈碳纤维材料在桥梁加固的应用摘要：本文结合 G325 广南线那蒙大桥和 X021 蒲董线炳岭桥维修加固工程实例，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。 一、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

2、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 2.1l05MPa.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。目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。 二、在桥梁加固工程的应用 1、工程概况 G325 广南线那蒙大桥旧桥为 T 形钢筋混凝土梁桥，大桥全长240.40m，桥面宽为 12.50m，该桥上构为 10*22

3、.20m（钢筋混凝土 T 梁）+10.00m（空心板梁） ，支座为板式橡胶支座。下部结构采用双柱式墩，重力式桥台和双柱式桥墩。伸缩缝为异型钢伸缩缝，栏杆为钢筋混凝土栏杆。 （1）病害特征：T 型梁腹板底面横向裂缝、腹板侧面竖向裂缝、斜向裂缝；底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落。 （2）病害成因剖析：T 梁裂缝主要由外荷载引起的结构性（受力裂缝） 。底部钢筋锈蚀，混凝土保护层开裂剥落主要是由于砼施工质量造成的，砼破坏处显示砼粗集料为卵石且质量欠佳导致砼与钢筋粘结不够密实。因为有存在上述缘由的可能，加之大桥地处海洋性气候中，愈发加快了病害的程度。 （3）维修的必要性。因为大桥地处滨海，属海洋性气候

4、，空气中具有腐蚀性的盐分较重，大气中的腐蚀介质随水分一同顺显露钢筋进入而使主筋外表的钝化层保护效果损失，构成主筋大面积锈蚀。钢筋的锈蚀产物的体积比原金属体积增大 24 倍，由此而发生的铁锈胀大对钢筋外的混凝土保护层的辐射压力远远大于混凝土的抗拉极限强度，使混凝土保护层沿着锈蚀的钢筋构成顺筋裂缝，这种顺筋裂缝进一步成为腐蚀介质进入到主筋的通道，加快了主筋的腐蚀。 另一方面，钢筋在顺筋裂缝中的锈蚀速度往往要比显露状况更快，当混凝土外表的裂缝伸展到一定程度，主筋外的混凝土保护层则开端脱落，最终使 T 梁布局损失承载功能。 为了保证大桥使用寿命不受到影响，有必要对现已锈蚀的显露钢筋进行除锈并防腐处治；

5、同时，对厚度不够的混凝土维护层选用化学防腐的办法进行防护，以保证构件的正常承载。 2、治理方案选择 （1）治理方案选择。因为该大桥 T 型预应力钢筋混凝土接连梁梁底部主钢筋布满区域混凝土保护层厚度偏薄，加之大桥地处滨海，构件长时刻显露运用于具有较强腐蚀性的海洋性大气中，为了保证大桥主梁的使用寿命，对主梁底部主钢筋布满区域选用碳纤维补强。 （2）方案的可行性。碳纤维补强技术具有以下优点： 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。 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

6、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。 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。 施工工序简单，可用小型电动工具操作。工种少，用工少，工期短，进度快。更有资料表明能在持续交通有震动的情况下施工，而不影响补强效果，从而大大缩短了施工断交时间，具有较大的经济效益和社会效益。 总之，本桥选用碳纤维来进行结构防腐与加固，是一种行之有用的新工艺、新工艺、新办法。 3、碳纤维片补强施工流程 本工程碳纤维片补强施工流程为：构件表面处理基底处理涂底层涂料刮腻子整平涂下一层浸渍树脂粘贴纤

7、维片涂下一层浸渍树脂养护防护涂装。 4、施工技术要点 （1）基底处理： 清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。 按设计要求对破损面钢筋处理后用 M45 的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于 15mm.利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于 20mm.。 （2）涂底胶：底胶的主剂和固化剂按规定的比例准确称量，均匀慢速搅拌，并在可使用的时间内用完；涂底胶前必须将基面清理

8、干净，并保持干燥；涂刷必须均匀，底胶指处干燥后再进行下一道工序。 （3）粘贴面修整：整平材料必须按规定比例进行调配。修整时应进行多次找补。确保坑凹处填实填满，不得有气泡，表面有毛刺或糙纹时，用砂纸打磨一顺；指处干燥后进行下一道工序。 （4）粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如超过 60min，则应等 12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。 （5）检查验收：施工结束后验收时，以评定碳纤维布与混凝土之间的粘接质量为主，

9、用小锤等工具轻敲击碳纤维布表面，以回声来判断粘接效果，若出现空鼓等粘帖不实现象，用针管注胶进行补救。 （6）防护涂层：该工序一方面起到防火和表面涂装作用，另一方面也对碳纤维布加固层的外表面进行了密闭防护处理，从而避免碳纤维布的老化和遭受其它损伤，保证构件加固后的正常使用。 5、施工应注意的问题 （1）碳纤维片材选择。碳纤维片材的编织均匀性，将直接影响加固质量。碳纤维束只有分布排列均匀，加工成复合材料后才能起到整体均匀受力的作用，若材质的均匀性不好，则构件受力后到之纤维片拒不受力不均，使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。因此，选择均匀性较好的碳纤维片材，是加固质量的关键。 （2）碳纤维（片材）粘

10、贴。 在表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。 按设计要求的尺寸裁剪碳纤维片材，裁剪后的织物宽度不宜小于150mm 且不应小于 100mm. 将碳纤维片材表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维片材两面均应擦拭干净。 擦拭干净的碳纤维片材应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈凸起状，平均厚度不小于 2mm. 将涂有粘结树脂的碳纤维片材用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡胶滚筒顺纤维片材方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞。当平行粘贴碳纤维时，两片之间孔隙应不小于 5mm. 需粘贴两层碳纤维片材时，可连续粘贴。如不能连续粘贴，则再开始前应对底层碳纤维片材重新做好清洁工作。

11、 施工宜在 5以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。当环境温度低于 5时，应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。 施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响，其粘贴部位混凝土的含水率不应大于 4%。 树脂配制时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。宜根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量，并严格控制使用时间。 为了保证粘贴的质量，不同季节、不同温度条件下，应使用不同型号的粘贴树脂，这样才能对树脂施工的可操作时间和固化时间进行有效控制。 三、结束语 随着我国交通事业的快速发展，公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。 参考文献： 1、陆庆荣，浅谈碳纤维在桥梁加固中的应用， 技术与市场2010年第 10 期