橋梁碳纖維加固技術的應用研究

郭亞威

河南省路橋建設集團有限公司，河南 商丘 476000

由于我國是一個多山地帶國家，河流密布，基于交通發展的需要，各式橋梁星羅棋布。在常年車流壓力及風吹日曬下，這些橋體都不同程度的出現了毀損，有的還相當嚴重。經過長期的實踐探索，我國在舊橋加固維修方面積累了豐富的經驗。總的來講，應用比較成熟的舊橋加固方法有以下幾種：噴射混凝土加固法、預應力加固法、加大截面加固法等。從應用實踐來看，各種加固方法各有優劣，在實際施工根據不同的橋梁類型及毀損的程度部位等視情況選用。近年來，隨著科學技術的進步，許多新型的加固材料被研發，其中碳纖維就是其中的一項，將高科技纖維材料應用于橋梁的加固修復是人類的又一偉大的創舉，隨著實踐的發展該工藝的應用不斷成熟，以下就碳纖維對橋梁加固技術作以簡要闡述。

聚丙烯睛經過高溫碳化便形成碳纖維，基于其自身的性質特點，碳纖維對于混凝土結構的補強具有很好的作用。碳纖維種類有很多，根據不同的標準有很多種分類，按照碳纖維的形狀不同可分為：棒材、片材、短纖維等，按照力學性能的不同可以分為：高強度纖維、高彈性模量纖維、中等彈性模量纖維等。 碳纖維的補強原理是，在結構補強中把碳纖維布和碳纖維棒材用有一定強度的粘合劑粘貼到混凝土上，使它們共同作用最終達到補強的目的。

1 碳纖維加固橋梁的優點

由于碳纖維材料具有高強度和高彈性模量的特點，相比于其它加固材料，碳纖維在橋梁結構加固中具有以下優點：

1）高強高效

由于碳纖維材料具有高強度、高彈性模量的優異物理力學性能，其在對混凝土橋梁進行加固補強時可以充分提高橋梁的構件承載力，以達到加固橋梁的目的。

2）耐腐蝕

碳纖維材料由于不與酸堿鹽等化學物質發生化學反應，化學性質穩定，具有其它的加固材料所不具有的特點和優勢，經過該材料加固后的建筑物具有耐腐蝕性，持久性的特點。另外，該工藝在腐蝕環境下應用優勢則更加突出。

3）不增加構件的自重及體積

碳纖維布由于質量輕，經過該材料加固的建筑物質量不會因此而過大的增加，從而增強自身的承受壓力，另一方面不會影響建筑物的使用空間，因而具有很強的推廣潛力。

4）便于施工

運用該材料進行建筑物加固時，由于其自身質輕的特點，不需要大型的機器設備即可施工。操作程序簡單，占用空間小，工作效率高。

2 碳纖維布應用范圍

碳纖維布對橋梁加固的應用范圍主要體現在以下幾點：橋梁承受彎矩和剪力構件正截面承載力的補強；斜截面承載力的加強；截面的承剪的加強；受壓構件的加強等。

2.1 正截面承載力加強

用碳纖維進行正截面承載力的加強時，宜采用如下圖1所示的粘貼方法進行加固：

圖1

在橋梁的底部粘貼碳纖維布進行橋梁加固時可根據損害程度粘貼一層或數層碳纖維布，粘貼的層數可根據《混凝土結構設計原理》的正截面承載力，計算出粘貼的層數，碳纖維布的形狀以U形為宜，因為這樣可以最大限度的提高正截面的承載力。

2.2 斜截面抗彎和截面承剪加強

對斜截面抗彎加固或提高截面的抗剪能力加固時，可采用如下圖2的粘貼方式進行粘貼：

圖2

在進行斜截面抗彎和截面承剪加強時，宜把碳纖維布剪成條形狀粘貼在橋梁的側面，為保障碳纖維布的的最大抗拉性能，粘貼的方向一般應與梁體內的主拉應力跡線保持一致。粘貼的層數可根據《混凝土結構設計原理》和鋼筋的抗彎與抗剪能力來綜合計算。

2.3 受壓構件的加固

使用碳纖維布進行柱體受壓構件的加固時，可采用如下圖3的方式進行加固：

圖3

對于混凝土桿件的加固，碳纖維布的作用相當于混凝土柱中的鋼筋。因此對于碳纖維布的粘貼層數也可以根據《混凝土結構設計原理》進行計算，其中對于柱體的加固既可以全部粘貼包裹，也可以部分粘貼包裹，實踐證明，采用部分包裹的方式進行加固時效果比全部包裹更明顯。用該方法進行加固的柱體不僅可以提高柱體的承載力，而且可以提高柱體的延性，該項工藝在地震多災地區的優勢更加明顯。

3 加固的施工技術要點

1）做好施工前的準備工作，施工前對所要加固的建筑物進行研究分析計算等，如加固的層數，構件的特點，配備相應的設備，以保證施工的順利進行；

2）對加固部位進行必要的處理，保證加固的效果。如對混凝土部位進行消光打磨等，在潮濕的施工環境下，對加固的部位進行干燥處理，去除表面灰塵；

3）在粘貼碳纖維布時不忘進行刷底層樹脂，這可以有效的使碳纖維布和混凝土構件密切粘和，刷樹脂要均勻、有足夠的粘結強度，以使它們共同作用加固構件。底層樹脂應該均勻、全面；

4）粘貼碳纖維布時用專門的粘貼工具進行施工，為防止粘貼的過程中出現氣泡影響粘貼效果，可用浸潤的樹脂進行抹平，擠出其中的氣泡，把碳纖維布粘貼平順，擠出其中的氣泡，如果需要粘貼多層碳纖維布，重復上述操作，最后覆上聚醋薄膜；

5）對粘貼后的碳纖維布表面進行適當處理，待樹脂固凝固之后，可在碳纖維布的表面刷一層防火漆或防曬漆，增強粘和的持久性，防止樹脂的老化脫落。

4 碳纖維棒材加固橋梁結構的一般方法

碳纖維棒材由于其自身特性，它的加固補強作用主要體現在以下幾點，受彎構件的正截面承載力的補強，截面的承剪的加強，斜截面承載力進行加強。

4.1 正截面承載力加強

用碳纖維棒材進行構件加固時方式有很多種，對構件正截面承載力進行加強時時宜采用采用植筋的方式進行，當正截面抗彎能力不能滿足需要時要先進行處理后方可加固。

4.2 斜截面抗彎和截面承剪加強

用碳纖維棒材進行斜截面抗彎和截面承剪加強時一般也采用植筋的方式進行，加固方式可參照圖2所示步驟，在梁的側表面和梁體內的主拉應力跡線一致的地方，鑿出溝槽，放人碳纖維棒材，然后用環氧樹脂混凝土封閉。

5 結論

運用碳纖維對建筑物進行加固，無論是片材還是棒材都有十分顯著的特點和優勢，相比于其它加固方式是一種值得廣泛應用的新技術。

[1]金琳.碳纖維片材在混凝土框架梁加固中的應用[J].黑龍江科技信息，2007(6).

[2]包曉云.碳纖維布在舊橋加固維修工程中的應用——煙鳳線外夾河大橋加固維修為例[J].科技信息，2007(2).

[3]王濤，黃平明.碳纖維布采用預應力卸載法加固鋼筋混凝土空心板橋的分析研究[J].太原理工大學學報，2008(1).

[4]林金淑.植筋技術在三明市列東橋舊橋加固中的應用[J].科技信息(科學教研)，2007(16).