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
碳纤维布加固方法二、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*22.20m（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：①t梁裂缝主要由外荷载引起的结构性（受力裂缝）。②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。③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，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2～4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；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：
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，便于用所需要的彩涂装，而不留补强痕迹。
④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：
①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。
②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，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。
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