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橋梁結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)與應(yīng)用

（一）前言

中國橋梁工程的發(fā)展已具有相當(dāng)規(guī)模，公路交通量不斷增加，行車密度及車輛載重越來越大，公路橋梁負(fù)荷日趨加重。在國外芳綸纖維板已得到廣泛的應(yīng)用，然而在我國尚處于起步階段，相關(guān)研究與資料更是少之又少。有一部分公路橋梁是中國20世紀(jì)80年代以前修建的，因其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，普遍存在承載力不足的問題。而20世紀(jì)80年代以后修建的，其中已有不少橋梁暴露出缺陷，更有一些在遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)出現(xiàn)耐久性能嚴(yán)重退化的現(xiàn)象，影響其承載能力和使用壽命。因此，采用適當(dāng)?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施，恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力，延長橋梁的使用壽命，以適應(yīng)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰兊檬制惹小?

（二）碳纖維材料特性

碳纖維增強(qiáng)塑料是碳纖維材料通過一定的制作工藝與特定的樹脂材料復(fù)合而制成的，其力學(xué)特點(diǎn)是應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。2、預(yù)應(yīng)力碳纖維布施工工藝（1）施工準(zhǔn)備：在加固表面按照設(shè)計(jì)施工放樣，準(zhǔn)確確定預(yù)應(yīng)力碳纖維布和兩端錨具位置。碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能。加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。碳纖維布在編織時(shí)，將大量的碳纖維長絲沿一個(gè)主方向均勻平鋪，用的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于3000MPa，彈性模量大于2.0×l05MPa.綜合材料的物理、力學(xué)特性分析，要想大限度地發(fā)揮材料自身的優(yōu)勢，適宜將CFRP材料作為橋梁結(jié)構(gòu)的受拉或預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件，特別適用于純受拉構(gòu)件，工程實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。目前，用于橋梁加固的碳纖維材料主要是承受拉應(yīng)力，約束裂縫的開展。

（三）碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝

1、根據(jù)設(shè)計(jì)確定粘貼碳纖維的范圍進(jìn)行基底處理

(1)將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進(jìn)行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原；

(2)裂縫修補(bǔ)。縫寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫；

(3)將構(gòu)件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復(fù)后的段差盡量平順。用磨光機(jī)把棱角磨成半徑大于30mm的圓角；

(4)清洗打磨過的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。

2、底層涂刷（底層涂料具有較強(qiáng)的滲透性，可滲入砼表面內(nèi)）

(1)把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；

(2)用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料；

(3)底層涂料固化后，表面有凸起部分時(shí)要用砂紙磨光；

(4)注意在氣溫小于5℃，相對濕度大于85，砼表面含水率在8%以上，有結(jié)露可能而無可靠保證措施時(shí)，均不得施工。

3、環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠對構(gòu)件表面殘缺的修補(bǔ)

(1)構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠填平，修復(fù)至表面平整；

(2)內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠填補(bǔ)使之平順。

4、貼碳纖維

(1)為了防止碳纖維受損，在碳纖維運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過程中，嚴(yán)禁受彎折；

(2)碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接；

(3)按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂，稱為下涂；

(4)貼碳纖維時(shí)，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維上對此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。

5、養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

6、涂裝

根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件表面，涂刷耐火涂層和色彩。

（四）碳纖維加固處理要點(diǎn)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理前，先對梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進(jìn)行加固施工。

1、破損面混凝土表面處理：清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層。

2、按設(shè)計(jì)要求對破損面鋼筋處理后用環(huán)氧樹脂裂縫膠進(jìn)行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護(hù)層厚度不小于15mm.利用打磨機(jī)將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無粉塵。3、環(huán)氧樹脂玻璃纖維復(fù)合筋環(huán)氧樹脂玻璃纖維復(fù)合筋，其抗拉強(qiáng)度，是同規(guī)格普通銅筋、鋼筋的2倍以上。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí)，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm.

3、涂刷底層樹脂：用專用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹脂表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一道工序施工。

4、找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，且不應(yīng)有菱角。

5、粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。（2）使用前必須觀察好環(huán)境、實(shí)際溫度和熟悉工藝條件才能進(jìn)行膠的試驗(yàn)調(diào)制，才能確定佳配置比例。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面接觸干燥時(shí)即可進(jìn)行下一層的粘貼。如超過60min，則應(yīng)等12h后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。

6、在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。

7、必要時(shí)進(jìn)行表面防護(hù)及外觀處理。

（五）注意事項(xiàng)

1、碳纖維片材選擇注意事項(xiàng)

碳纖維片材的編織均勻性，將直接影響加固質(zhì)量。5、涂抹碳纖維板專用膠用酒精擦拭粘貼用碳纖維板的表面，在兩層碳纖維板之間及上層碳纖維表面涂抹粘貼碳纖維板專用膠。碳纖維束只有分布排列均勻，加工成復(fù)合材料后才能起到整體均勻受力的作用，若材質(zhì)的均勻性不好，則構(gòu)件受力后到之纖維片拒不受力不均，使碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的效果不能充分發(fā)揮出來。因此，選擇均勻性較好的碳纖維片材，是加固質(zhì)量的關(guān)鍵。

2、碳纖維（片材）粘貼注意事項(xiàng)

①在表面處理和粘貼碳纖維片材前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。

②按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維片材，裁剪后的織物寬度不宜小于150mm且不應(yīng)小于100mm.

③將碳纖維片材表面擦拭干凈至無粉塵。如需粘貼兩層時(shí)，對底層碳纖維片材兩面均應(yīng)擦拭干凈。

④擦拭干凈的碳纖維片材應(yīng)立即涂刷粘結(jié)樹脂，膠層應(yīng)呈凸起狀，平均厚度不小于2mm.

⑤將涂有粘結(jié)樹脂的碳纖維片材用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡膠滾筒順纖維片材方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使樹脂從兩邊溢出，保證密實(shí)無空洞。當(dāng)平行粘貼碳纖維時(shí)，兩片之間孔隙應(yīng)不小于5mm.

⑥需粘貼兩層碳纖維片材時(shí)，可連續(xù)粘貼。如不能連續(xù)粘貼，則再開始前應(yīng)對底層碳纖維片材重新做好清潔工作。

⑦施工宜在5℃以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹脂的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)使用適用于低溫的配套樹脂或采用升溫處理措施。

⑧施工時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境濕度對樹脂固化的不利影響，其粘貼部位混凝土的含水率不應(yīng)大于4％。

⑨樹脂配制時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品使用說明規(guī)定的配比稱量置于容器中，用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌用容器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)。宜根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際溫度決定樹脂的每次拌合量，并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。

⑩為了保證粘貼的質(zhì)量，不同季節(jié)、不同溫度條件下，應(yīng)使用不同型號(hào)的粘貼樹脂，這樣才能對樹脂施工的可操作時(shí)間和固化時(shí)間進(jìn)行有效控制。

（六）對碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的展望

碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)雖然時(shí)間不長，但發(fā)展很快，其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點(diǎn)：

1、施工簡便迅速，無需模板、夾具、支撐等；

2、不增加結(jié)構(gòu)重量，碳纖維片重量200g/m2～300g/m2，設(shè)計(jì)厚度0.111mm～0.167mm，加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕，對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì)；

3、能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)；

4、可以多層粘貼?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，在一個(gè)部位重疊粘貼。

（七）結(jié)束語

隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展，高速公路橋梁通車?yán)锍桃苍诓粩嘣鲩L，橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強(qiáng)度降低或需要提高抗震能力和修補(bǔ)橋梁裂縫，都可以應(yīng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

碳纖維加固材料的使用方法科普碳纖維加固材料主要分為碳纖維布、碳纖維板和碳纖維膠三種，其中膠類有適用于碳布的碳纖維布膠，適用于碳板的碳纖維板膠。

在使用碳纖維膠時(shí)主要需要注意以下幾個(gè)方面：

1、為了給碳纖維膠的風(fēng)化創(chuàng)造條件，碳纖維膠的施工環(huán)境要求通風(fēng)、干燥，作業(yè)的粘貼面潔凈、不能出現(xiàn)油污。

2.固化環(huán)節(jié)的溫度不低于5℃，環(huán)境溫度一般會(huì)保持在20-25℃之間時(shí)固化時(shí)間不會(huì)少于3天，假如平均溫度為10℃時(shí)固化時(shí)間不得少于7天。

3.施工時(shí)必不可少要具備手套、口罩、防護(hù)鏡等多種防護(hù)用品。

4.假如當(dāng)操作不慎弄到皮膚或衣物上時(shí)，要盡快用酮清洗同時(shí)用大量清水沖洗。

5.在操作時(shí)如果不慎食用到碳纖維膠或進(jìn)入到眼睛時(shí)，應(yīng)馬上就醫(yī)。

碳纖維加固膠一些重要的操作要點(diǎn)：

（1）施工環(huán)境通風(fēng)干燥必不可少，粘貼面潔凈是基本的操作要求、打磨要粗糙徹底，油污的地方要用清水清洗干凈。

（2）使用前必須觀察好環(huán)境、實(shí)際溫度和熟悉工藝條件才能進(jìn)行膠的試驗(yàn)調(diào)制，才能確定佳配置比例。

（3）為使A、B兩組份能夠混合均勻，好采用機(jī)械攪拌為好。

（4）必要時(shí)用修補(bǔ)材料對混凝土表面先進(jìn)行涂抹和修補(bǔ)處理，然后必須等到修補(bǔ)完成后才能進(jìn)入下一道工序。

（5）碳纖維加固膠的使用量要保證充足、飽滿，使用滾筒刷等合適工具沿碳纖維布同一方向反復(fù)滾壓直到膠液充分滲出表面， 這么做是為了去除氣泡，使碳纖維布能充分浸潤膠液。

（6）當(dāng)氣溫偏低時(shí)，還可采取用紅外線燈或碘鎢燈對濕度進(jìn)行加溫，這么做可以促進(jìn)固化。

碳纖維加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和施工要點(diǎn)介紹

施工要點(diǎn)

1、基面處理

界面處理的好壞直接影響大碳纖維的加固效果，因此對于粘貼部位的混凝土表面必須反復(fù)打磨平整，去除混凝土表面的劣化部分并與涂刷底層樹脂前用吹風(fēng)機(jī)清理干凈。

2、溫度影響

要注意環(huán)境溫度變化對樹脂固化的影響，如氣溫低于要求則停止施工或采取必要的保溫措施。

3、粘貼滾壓

粘貼過程中要用滾筒沿纖維單一方向反復(fù)滾壓，擠出氣泡使樹脂充分浸漬碳纖維。

4、碳纖維裁剪

碳纖維布采用現(xiàn)場裁剪，分段粘貼的方式，在碳纖維布的搭接部位做好標(biāo)志，確保碳纖維布之間的搭接長度應(yīng)不少于100mm。

碳纖維加固施工質(zhì)量檢查及驗(yàn)收

1,、材料要求

在施工之前，應(yīng)確認(rèn)碳纖維片材和配套樹脂類粘結(jié)材料的產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量出廠報(bào)告。

2、位置偏差

碳纖維片材的實(shí)際粘貼面積不應(yīng)少于設(shè)計(jì)面積，位置偏差不應(yīng)大于20mm。

3、嚴(yán)格檢查驗(yàn)收

采用碳纖維片材和配套樹脂類粘結(jié)材料對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行各工序隱蔽工程的檢驗(yàn)及驗(yàn)收。

4、粘貼質(zhì)量檢驗(yàn)

碳纖維片材與混凝土之間的粘貼質(zhì)量，可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維片材表面的方法檢查，總有效粘結(jié)面積不應(yīng)低于95%。當(dāng)碳纖維布的空鼓面積大于1000mm時(shí)，宜將空鼓部位的碳纖維片材切除，重新搭貼量的碳纖維片材，搭接長度不應(yīng)小于100mm。

碳釬維加固工作原理建筑加固價(jià)格

鋼受彎構(gòu)件的加固和修補(bǔ)通常是將碳纖維材料粘貼到受拉構(gòu)件的底部。房屋檢測運(yùn)用一定的技術(shù)手段和方法，對其結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行檢查測定，實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控，房屋檢測又稱房屋質(zhì)量檢測評估，是指由具備資質(zhì)的檢測單位對房屋質(zhì)量進(jìn)行檢測，評估，并開具報(bào)告的過程。廠房加固修補(bǔ)墻體一般都是粘鋼或者粘貼碳纖維布，柱子的加固方式一般也是粘鋼，或者粘貼碳纖維、包鋼，等。一般受損傷較嚴(yán)重的地基或者承重柱，都采用混凝土置換的方法，使原來的破損的混凝土打掉，重新建模灌漿。上海倍牢得碳纖維布品質(zhì)好，達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、耐腐蝕、耐老化的優(yōu)點(diǎn)。房屋加固可以從兩個(gè)層面來講，一是因房屋破損而進(jìn)行的維護(hù)性加固；二是為了使房屋達(dá)到一定抗破壞力，如抗DZ能力，而進(jìn)行的加固。當(dāng)鋼構(gòu)件受力時(shí)，碳纖維與受拉構(gòu)件共同承受拉力，從而提高鋼構(gòu)件的承載力。