1、1关于碳纤维加固技术在市政工程应用领域的研究摘要： 采用碳纤维材料进行结构加固是近年来出现并广泛应用于土木工程结构的加固技术。 随着城市基础设施维护与更新的工程项目越来越多， 该技术已在市政工程领域中得到广泛运用。 最后介绍了具体的施工工艺和在桥梁、 共同沟中的应用实例。 关键词：碳纤维；市政工程；桥梁加固；共同沟加固 中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号： 运用碳纤维材料加固混凝土结构技术是 20 世纪末期在发达国家兴起的一种新型加固技术。 它利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴在混凝土结构表面， 形成复合材料体， 通过其与混凝土结构的协同作用， 达到对原结构补强加固和改善结构受力性
2、能的目的。由于碳纤维加固技术具有质量轻、强度高，施工快速便捷，抗疲劳性能佳以及优秀的耐腐蚀、 抗渗透等性能，因此，近年来该技术在我国土木工程结构加固改造领域中迅猛发展，弥补了传统加固技术方法中的诸多不足。 1 碳纤维结构加固技术 近年来 FRP（Fiber Reinforced Plastics， 纤维增强塑料）在土木工程中的应用一直是国外土木工程界研究开发的一个热点。 FRP 的含义很广， 是指近年来开发出来的各种高科技纤维材料， 其中CFRP（CarbonFiber Reinforced Plastics， 碳纤维）在土木工程领域2研究和应用较多。碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究工作
3、始于20 世纪 80 年代末。迄今，瑞士、德国、日本、美国等众多大学、 科研机构、 材料生产厂家都相继进行了大量碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究开发， 并编制形成了各自国家的行业标准与规范。 我国自1997 年开始对碳纤维布加固修补钢筋混凝土结构技术进行系统研究开发。2 施工工艺 碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、 加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、 碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴及固化养护、 现场粘贴成品的保护以及施工验收。 由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整，也可以保证约 100%的有效粘贴率，而且粘贴后发现表面局部有气泡，
4、也很易于修补。碳纤维材料质量轻且薄。 碳纤维布厚度为 0.1 0.3 mm，碳纤维板的厚度为 1.2 mm 和 1.4 mm。 其密度为钢材密度的 20%。加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。 3 碳纤维在桥梁加固工程的应用实例 上海川杨河大桥位于浦东新区杨高南路， 由上海市城市建设设计研究院设计， 1995 年建成通车。 2008 年初为配合杨高路（龙阳路环南一大道）道路拓宽改造工程， 需要对川杨河大桥进行加固处理， 以满足道路拓宽与荷载等级提高的要求。 3.1 加固方案 根据杨高路拓宽对川杨河大桥加宽的要求， 以及检测单位提交的3对川杨河大桥进行的可靠性检测报告，针对上下部结构荷
5、载等级提高及新增恒载变化情况进行了结构验算。 根据验算结果， 原桥梁基础与桥墩能满足新荷载条件下的使用要求，但桥面的板梁、T 梁以及支承桥面的盖梁不能满足新荷载条件下的使用要求或承载力富余量不足， 需要对其进行加固处理。 桥梁加固的方法选择粘贴碳纤维布的方法。 对于板梁和 T 梁， 在梁跨中沿梁底纵向粘贴碳纤维布，在梁的支座两端粘贴 L 型碳纤维箍，碳纤维布的宽度、厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。对于盖梁，在两侧面粘贴碳纤维 U 型箍，盖梁顶设置带状压条碳纤维布。 碳纤维布的宽度、 厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。 3.2 加固功效 采用碳纤维材料进行结
6、构加固技术对采用的加固材料以及加固施工工艺的要求非常高。 如果材料质量与施工工艺达不到技术规范的要求， 整个加固工程就无法取得成功。 因此， 在采用碳纤维材料进行结构加固时， 需要对加固材料进行室内试验以及对施工工艺进行现场检测。 材料室内试验主要进行碳纤维材料的抗拉强度标准值、 弹性模量、伸长率三个指标的测定，以及碳纤维材料与混凝土结构的正拉黏结强度测定。施工工艺的现场检测主要是对碳纤维材料与现场 混凝土结构的黏结强度测定。川杨河大桥结构加固采用瑞士西卡（sika）品牌，碳纤维材料规格为 Sikawrap301c，粘结胶水为Sikadur330。材料室内试验结果为 ：抗拉强度标准值 4 11
7、0MPa（规范要求3000MPa） ，弹性模量 260GPa（规范要求210GPa） ，伸长率 1.8（规4范要求1.5） ，正拉黏结强度 3.8MPa（规范要求2.5MPa） 。 试验结果表明该工程采用的材料满足结构加固的需要 。对于施工工艺的现场检测，参考 CECS146：2003碳纤维片材加固混凝土结构技术规程 （2007 年版）标准， 利用 SHJ-40 型多功能强度检测仪进行多组测试，得到的黏结强度平均值为 2.9MPa，且破坏形式为混凝土内聚破坏，满足规范要求。当材料室内试验以及对施工工艺的现场测试结果满足国家规范要求时，则该加固工程达到了加固设计的要求， 也即加固后的桥梁结构能满
8、足功能改变后的使用要求。 4 碳纤维在共同沟加固工程的应用实例 共同沟是指在埋设于城市道路下方，用于收纳城市电力、电信、 上水等市政管线的地下隧道。由于共同沟的设置，能有效提高对市政管线的综合管理，同时完全避免了管线施工对路面的影响，因此成为未来城市市政管线集约化发展的方向。2007 年底，为了配合上海“东西通道”工程的建设，张杨路需要拓宽，原处于人行道和绿化带下方的共同沟将被机动车道部分覆盖。这样共同沟结构所承受的恒载和活载发生变化，为了保障共同沟的安全，最终考虑对其进行加固处理。 4.1 加固方案 由于张杨路共同沟隧道结构所承受恒载和活载发生变化，故需要对隧道结构及地基基础进行验算。共同沟
9、承受的恒载为土荷载自重， 活荷载为车辆荷载。现状共同沟外边距机动车道边线为 2.25 m，埋 深 1.5 m，道路结构层 390 mm。根据荷载验算，地基能满足使用要求， 原隧道结构配筋满足承载力要求，但隧道结构在靠近机动车道的一5侧顶板与侧板外缘裂缝计算值虽满足规范要求，但富裕量较小。为保证结构在运营状态下正常使用时有足够的耐久性，根据以往工程经验， 在靠近机动车道一侧的顶板、侧板上进行了粘贴碳纤维布加固处理。 4.2 加固功效 张杨路共同沟结构加固采用日本东丽品牌，碳纤维材料规格为UT70-20，黏结胶水为 WD-3503。材料室内试验结果为：抗拉强度标准值4 560MPa（规范要求 3
10、000MPa） ， 弹性模量 266GPa（规范要求210GPa） ，伸长率 1.8（规范要求1.5） ，正拉黏结强度 4.3MPa（规范要求2.5MPa） 。试验结果表明该工程采用的材料能满足结构加固的需要。施工工艺的现场检测，得到的黏结强度平均值为 3.83MPa，且破坏形式为混凝土内聚破坏，能满足规范要求。 5 结语 由于采用碳纤维材料进行结构的加固技术，具有轻质高强、耐久性强、施工便捷以及使用面广等优势，所以在工程结构加固施工中得到了广泛运用。 参 考 文 献. 1屈沅治，戎克生，黄宏军，等 . 胺基钻井液在新疆油田莫 116 井区的应用 J. 钻井液与完井液，2011. 2王佩平，王立亚，沈建文，等 . 胺类抑制剂在临盘地区的应用 J. 钻井液与完井液，2011. 3苏秀纯，李洪俊，代礼扬，等 . 强抑制性钻井液用有机胺抑制剂的性能研究 J. 钻井液与完井液，2011. 64许明标，张春阳，徐博韬，等 . 一种新型高性能聚胺聚合物钻井液的研制 J. 天然气工业，2008.
