碳纖維在高速公路橋涵維修加固中的應用分析

賀張毅

(廣東大雄經濟技術咨詢有限公司)

1 碳纖維材料概述

現階段的架構加固有多種方法，其中主要包括體積預加法、消震法、鋼筋混凝土增厚法等，碳纖維加固法是一種新型的加固方法，它具備較高的安全性與可靠性，施工操作簡單、具有較好的耐磨性與耐久性，疲勞強度非常高，且相對密度小，同時，還可降低工程造價的成本，施工條件的限制條件少，對原結構外形不會產生太大影響。有相關試驗表明，在使用荷載正常的情況下，抗彎剛度可提升17% ～99%，除此之外，抗彎強度也會得到相應提升，約提升28% ～97%。在受剪加固試驗中可得知，加固構建的承載力得到很大提升，提升幅度約為66% ～94%，符合抗震要求。

碳纖維材料具有較高的碳含量，其碳含量在90%以上。在不活潑氣體條件下，粘膠纖維、PAN 纖維、瀝青等材料，在2 000 ～3 000 ℃的高溫下，經過碳化與石墨化后，便可制成高性能無機纖維，這種無機纖維具備彈性高、耐腐蝕、輕質等特點。其熱脹系數非常低，與零接近。抗拉強度為普通鋼筋的十倍之多，彈性能模量也比鋼筋大，前者約為后的2 倍多。其密度非常低，是鋼筋的五分之一。它具有較強的抗腐蝕功能，不會有電化學腐蝕現象的出現，在碳酸、氯離子物質中，基本無強度降低現象出現，且具備較好的耐疲勞性。普通金屬疲勞強度較低，約為抗拉強度的45%，碳纖維可達75%。

2 碳纖維材料在高速公路橋涵維修加固中的具體應用

2.1 處理構件基底

利用電動砂輪機將混凝土表面蜂窩、疏松、腐蝕等情況完全清除，使用毛刷與高壓風槍，將其清理干凈，并使結實、干凈的混凝土結構層露出。打磨構件轉角部位，其轉角部位應該呈現為圓弧形，且圓弧半徑不能超過20 mm。一旦出現裂縫，必須使用修補材料，使其恢復為平整狀態，注重控制混凝土厚度，其厚度能夠低于15 mm。

2.2 底層材料的使用

將混凝土表明處理完成后，取底層膠，將其涂于混凝土表面，底層膠要從混凝土表面浸入，使其表面強度增強，對膠結性能也具有改善作用，促進碳纖維布與混凝土兩者間粘連度的提升。粘連劑配置需以廠家提供的工藝與配比數據為依據，由專人負責其配置工作。調膠以低速攪拌器作為工具，攪拌時，動作需均勻，不能產生氣泡，避免灰塵或其他雜質混入其中。

2.3 底膠的涂刷

底膠涂刷需要使用滾筒刷，利用均勻毛刷將底膠涂于混凝土表面，底膠調制完成后，需在規定時間內，將其使用完畢。施工最佳溫度應該在5 ～35 ℃間，相對濕度不能超過70%。一旦遇到下雨天氣，混凝土表面會含有水分，此時，需利用電吹風，將潮濕部位吹干后，才能開始施工。樹脂表明干燥之后，可實施下一步操作。若在施工過程中，表面出現了突起毛刺，則可利用紗布打磨，將毛刺清除，打磨時，注意底膠層不能被磨破，磨破后需要重新對底層進行涂刷。

2.4 消除突起物采取找平處理措施

混凝土表面加固補強后，與碳纖維布接觸比較緊密，這樣可使補強效果得到增強，不過在混凝土表面存在很多突起物，這些突起物比較尖銳，尤其是轉角部位會對碳纖維布造成一定的損害，降低碳纖維材料的強度。因此，當底層涂料已經完全干燥后，可實施找平處理，打磨矩形斷面直角，使其呈現為圓弧狀。

2.5 碳纖維布的粘貼工作

在粘貼工作中，浸漬樹脂非常重要，它與碳纖維布和底膠相連，其粘度需要進行合理控制，便于混凝土表面有碳纖維布的附著。經碾壓之后，浸漬樹脂會更容易將碳纖維布浸透，以至于復合整體的形成，對外力具有抵抗作用。

碳纖維布的裁剪需要以設計尺寸為依據，在裁剪與運輸時，不能使其受到彎折，碳纖維布裁剪完成后，需妥善保管。碳纖維具有導電作用，在使用過程中，它不能與電源設備親密接觸，對涂布面積所需總量進行核算，在適用期內，最好將材料用完。利用滾筒涂刷時，注重合理控制膠涂布邊界大小。將碳纖維布覆蓋于混凝土表面后，需觀察其覆蓋方向，方向應該與設計要求一致。復合材料的施工完成后，施工人員要檢查碳纖維布貼面，若發現存在氣泡或有空鼓現象，則利用刀片，劃開碳纖維布，注射粘接膠，使氣泡與空鼓部位得到充實。

2.6 施工中需注意的問題

在施工過程中，不僅碳纖維材料要符合施工要求，而且粘貼界面也應該與施工要求相符，界面要保持干凈、干燥與平整，提高界面質量，有利于確保整個工程的質量。在施工中，最重要的輔助材料就是粘貼用膠，它的作用十分重要。粘貼是否牢固，關系到工程的質量問題，如果粘貼質量不夠好，還可能導致工程無法定期完工，使工期延長。在現階段的市場中存在一些假冒偽劣產品，因此，在購買材料時，要選擇質量好的品牌。完成所有的施工步驟后，施工人員要嚴格把控施工質量，使其符合相關的施工要求。

3 結束語

碳纖維材料是一種新型的橋涵癥狀處理材料，它具備很高的安全性與可靠性，在施工過程中，施工人員要注重觀察粘貼是否牢固，嚴格控制施工工藝，確保工程進度不受到相關因素的影響。本文首先對碳纖維材料進行了詳細介紹，然后分析了其在高速公路橋涵維修加固中的具體應用，有利于為日后加固技術的實施提供依據。

［1］譚生光，陳京鈺.昌九高速公路技改項目中橋涵維修改造的若干原則與措施［J］.公路交通科技(應用技術版)，2008，(2).

［2］弋珂源.秦巴山區高速公路橋涵抗水毀設計安全性評價體系研究［D］.長安大學，2009.

［3］王雪梅.碳纖維加固橋梁結構及其應用研究［D］.重慶交通大學，2008.

［4］首發集團高速公路維修首用“碳纖維筋”［J］.化纖與紡織技術，2013，(2).

［5］陳歷耿，朱紹鋒，吳毅彬.滬寧高速公路既有橋梁維修加固及施工技術［J］.城市道橋與防洪，2010，(7).

［6］謝濤.高速公路橋涵施工技術規范及其質量控制［J］.交通世界(建養.機械)，2010，(9).