碳纤维复合材料加固桥梁公路的新技术

2023-01-31

自然环境各种因素的影响施工质量和实践交通组成改变及超载车辆的作用，已建的混凝土桥梁结构可能会呈现承载才能缺乏、混凝土外表裂缝等问题。这些混凝土桥梁中绝大部分能够经过加固改造就能进步或改进结构受力功能，从头投入运用。

张贴钢板法是公路混凝土桥梁常用的加固办法，一般是选用环氧树脂或专门结构胶将钢板直接张贴在混凝土构件外表，使之与构件构成受力全体。土木工程中的新技能往往来自新资料的运用。自上世纪七十年代末初期，欧洲进行纤维增强复合资料（FRP）在土木工程运用研讨以来，具有极好的比强度和比刚度、优异耐腐蚀性的纤维增强复合资料已广泛用于混凝土结构的张贴加固工程，构成了纤维增强复合资料补强加固已有混凝土桥梁的新技能，其间碳纤维增强复合资料（CFRP）运用更多。

资料的根本特性

碳纤维增强复合资料补强加固所选用的根本资料是高强度或高弹性模量的接连碳纤维，单向摆放成束，用环氧树脂浸渍固化的碳纤维板或未经树脂浸渍固化的碳纤维布，总称碳纤维片材。将片材用专门制造的张贴树脂或浸渍树脂张贴在桥梁混凝土构件需补强加固部位外表，树脂固化后与原构件构成新的受力复合体，一起作业。

1、碳纤维片材；

片材碳纤维资料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与一般碳素钢板拉伸强度为240MPa比较，片材的拉伸强度很高。

片材碳纤维资料的弹性模量依片材力学功能不同，碳纤维片材依力学功能分红高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。

比较之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，阐明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构安稳，自身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有杰出的耐寒和耐热性。

2、配套树脂类粘结资料；

混凝土结构加固修补配套树脂体系包含底层涂料，用于渗透过混凝土外表，促进粘结并构成长时刻耐久界面的根底；油灰，用于填充整个外表空地并构成平坦外表以便运用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布张贴，后者用于碳纤维板张贴。

浸渍树脂或张贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件外表并与之严密地结合在一起构成全体一起作业的要害，因而，树脂同混凝土的张贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。

就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技能而言，环氧树脂在不同施工环境温度下固化功能有非常重要的含义，因为这涉及到张贴作业质量与怎么尽量削减桥上正常交通中止时刻严密相关。选用专配的环氧树脂资料，在混凝土施工外表温度（10～40）摄氏度时，张贴环氧树脂固化时刻约15小时以上，但张贴后就能够运用的时刻为45分钟以上，专配的环氧树脂资料的这一功能是彻底合适混凝土桥梁的加固作业。

碳纤维片材加固桥梁的办法碳纤维片材首要用于混凝土桥梁的根本构件和节点的加固补强，其加固的作用首要是进步构件的抗弯承载力、抗剪承载力以及受压构件的轴向抗压承载力；进步构件的刚度以及延性。除此之外，许多室内及现场实验证明，碳纤维片材加固的混凝土构件裂缝宽度开展能够得到操控。

因为碳纤维片材，特别是碳纤维布质量轻且厚度薄，具有必定柔度，在混凝土桥的有关部位加固较灵敏。碳纤维片材因碳纤维摆放方向不同而使各方向拉伸强度不相同，碳纤维片材的纤维向与受力向相一起，其拉伸强度最高，反之，纤维方向与受力方向笔直时，其强度最低。因而，在选用碳纤维片材进行加固规划中，有必要正确把握纤维的安置方向。依据混凝土构件加固核算，能够选用接连式张贴或条带距离张贴碳纤维片材的办法。研讨标明，分条加固的作用要优于整条布的加固作用。

张贴碳纤维片材加固施工技能

1、面层处理；

混凝土外表的劣化层（例如风化、游离石灰、脱模剂、剥离的砂浆、粉刷层、污物等）有必要用砂轮机去除并研磨。用空气喷嘴、砂轮机与毛刷将待补强区的粉尘及松动物质会除，用水洗净后，有必要使其充沛枯燥。

2、断面批改；

将混凝土面层的不良部分（例如脱落、孔隙、蜂窝、腐蚀等）根除。若有钢筋显露景象，有必要先做好防蚀处理，再以强度持平或大于混凝土的环氧树脂砂浆资料修补。裂缝以环氧树脂灌注。裂缝或打除部分若有漏水景象时，应先做好止水、导水处理。

3、外表批改；

外表平坦度凸出部分（小突起等）以切割机或砂轮机将其根除并使其滑润。洼陷部分（打除部分）以环氧树脂或树脂砂浆添补。转角处需研磨至凸角 R＝20毫米（R一曲率半径）以上，凹角则以树脂砂浆添补。

4、底层涂料；

气温在5摄氏度以下，雨天或RH＞95％时，不行施工。施工规模的温度、湿度承认后，选用恰当的底层涂料。施工现场空气应非常流转，严禁烟火。施工时有必要要穿带维护配备（口罩、护目镜及橡皮手套）。

5、碳纤维片材的张贴；

纤维贴片预先以剪刀、刀子依所规划的尺度巨细裁好。依运用量取舍尺度、长度在2米以内最恰当。为避免保管期间的破损，裁剪数量只裁所需运用的数量。施工面底漆的枯燥程度能够指触承认。底漆施工超越1星期以上时，应以砂轮机磨平。

将环氧树脂的主剂（A剂）和硬化剂（B剂）依所规则的配比放置于拌合桶中，运用电动搅拌机，使其均匀的混合（约2分钟）。一次的拌合量为在可运用时刻的施工量，超越可运用时刻的资料，不行运用。

环氧树脂用毛刷滚轮均匀涂布（涂布底漆上）。涂布量随施工面的外表粗糙程度会有所改变，转角部分要多涂。强化纤维张贴于树脂涂布面后，以毛刷滚轮和橡皮刮刀顺着纤维方向用力推平，使树脂渗透并去除气泡，纤维（长向）方向的搭接长度至少要留10厘米，短向则不必留。张贴后放置30分钟，若纤维有浮出或脱线景象产生时，以滚轮或橡皮刮刀压平批改。

两层以上的强化纤维相叠贴时，重复过程。施工现场空气应非常流转，严禁烟火。施工时有必要要穿戴维护配备（口罩、护目镜及橡皮手套）。

有关混凝土桥梁技能运用问题张贴碳纤维片材加固混凝土桥梁技能在欧洲、美国、加拿大和日本现已广泛运用，而且进行了深化的研讨。我国在这方面的工程实践也是在二十世纪九十年代中期才开端，就我国公路混凝土桥梁有关张贴碳纤维片材加固新技能运用推行的问题做如下评论。

1、张贴碳纤维片材加固混凝土桥梁是一项新技能，使得张贴加固法成为公路桥梁快速加固办法，合适公路桥梁加固期间尽量不影响桥梁正常营运的要求。碳纤维片材轻、现场张贴无需重型设备、施工便当，便于桥下的高空作业，可在公路桥梁上推行运用。

2、关于公路旧混凝土桥梁的加固办法，在工程上运用作用较好的是综合法，即以某种加固办法为主，辅以其它办法，这有必要按照桥梁现场的外观查看和技能情况鉴定，加固规划要求而定。现在，张贴碳纤维片材加固办法往往辅以裂缝灌浆、裂缝关闭等办法。

3、我国现在在工程中选用的碳纤维片材资料及配套树脂类粘结资料，是以国外进口资料为主，国产产品较少，且产品的匀质性及低树脂含量等技能指标上还有距离。这样，进口的资料单价就显高，这往往影响技能的经济决议计划。因而，除了应赶快采纳先进技能及办法使国产产品进步质量外，在碳纤维片材加固技能运用中，应当更多从加固作用，耐久方面来考虑桥梁加固后正常运营效益与经济性。

4、在国外先进国家的科学研讨工程实践根底上，结合我国公路旧桥的加固修理特色与经历，赶快编制碳纤维片材加固技能的攻略，以辅导工程运用。 碳纤维片材加固补强公路混凝土桥梁是张贴加固新技能，需求结合我国的工程特色进行深化研讨和不断进步，使我国公路旧桥加固修理技能到达新的水平。

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