摘　要:分析碳纖維材料的性能，研究碳纖維材料加固橋梁的主要特點、機理以及施工工藝，并介紹碳纖維在橋梁加固工程中的應用。探討碳纖維的技術特點以及應用碳纖維布對橋梁進行加固的技術要點。

關鍵詞:碳纖維 加固 橋梁 技術

碳纖維是一種碳經過幾千度高溫、用特殊工藝制造出的新型建材，因其質輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強度高而被廣泛應用。碳纖維布加固法亦被視為梁式橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的選加固方法，其施工工藝也很簡單。此外，碳纖維質地柔軟，可在不改變結構外型的前提下加固補強各種混凝土結構物，加固后可用混凝土砂漿涂敷，或根據要求涂各種顏料，修復補強不留痕跡。碳纖維補強加固橋梁技術作為一種新興的、技術含量高的補強加固方法，具有很高的研究推廣價值和巨大的社會經濟效益，本文探討了該項技術的加固特點、加固功能、加工工藝、加工機理以及碳纖維材料類別和局限。

一 碳纖維加固特點

作為一種新型高效的加固技術，碳纖維加固技術具有以下特點:

1　與其它加固方法相比，采用碳纖維布加固法不增加恒載及斷面尺寸。碳纖維布的自重較輕僅，設計厚度較薄，加上環氧樹脂系列的粘結材料的自重也很輕，不影響結構外觀，不減小橋下凈空。

2　可根據結構需要制成不同的形狀和尺寸，易于成型。因碳纖維布的隨型性極強的特點，可以隨結構外形變化任意施工，從而降低施工難度，減少施工成本，縮短施工工期。

3施工簡便該法工藝簡便。無需大型設備、模板、夾具及支撐，操作起來簡單易行。

4　采用碳纖維布加固補強，對原結構不產生新的損傷。采用環氧樹脂系列的粘結材料進行粘貼，不需要設置錨固螺栓及開鑿混凝土等，因而不會對已經損傷的結構產生新的破壞。

5　能有效地封閉混凝土的裂縫。碳纖維布粘貼在混凝土的表面，不僅封閉了混凝土的裂縫，其高強高模量的特性還約束了混凝土結構裂縫的生成與擴展，改變了裂縫的形態，使寬而深的裂縫變成分散的細微裂縫，從而提高了混凝土構件的整體剛度。

6　碳纖維布具有優良的耐化學腐蝕性。碳纖維布是一種復合材料，幾乎無腐蝕性和磁性以及具有較好的耐熱性，不僅能經得起水泥堿性的侵蝕，而且當應用于經常受鹽害侵蝕環境時，其壽命也較長。

7　不影響結構的外觀。碳纖維布的厚度很薄，碳纖維布能在一個部位重疊粘貼，充分滿足構件的補強要求。

二 碳纖維加固性能

1　碳纖維材料性能碳纖維片具有優異的力學性能，是與它自身的材質屬性、成片加工工藝等密不可分的。

1-1材料的勻質性:碳纖維束分布排列均勻，加工成片后起到整體均勻受力的作用。

1-2碳纖維片中預浸樹脂:一般用于結構補強的碳纖維片是含有預浸樹脂的。其作用是使纖維之間的相互約束、相互粘接成為共同受力的整體，碳纖維補強混凝土結構是靠上涂及下涂環氧樹脂對碳纖維片的反復滲透來完成的。

2　粘結劑性能:將連續纖維狀的碳纖維結合在一起，同時又與混凝土表面粘合的系統粘接材料。它的性能將直接關系到結構(構件)的加固效果。

2-1底層涂料:在處理好的混凝土表面上涂一層很薄的底層涂料，既可以浸入混凝土表面，強化混凝土表面強度，又可以改進膠接性能，從而使混凝土與碳纖維片之間的粘結性得以提高。

2-2找平材料:碳纖維片只有與所加固修補的混凝土表面緊密接觸，才可能產生良好的補強效果。在涂敷的底層涂料指觸干燥后，必須用找平材料進行找平。找平材料本身具有良好的施工性能與觸變性能。施工過程中，找平材料應易于操作，且不隨時間的延長而出現明顯的變形。

2-3浸漬樹脂:浸漬樹脂在粘接材料中起著至關重要的作用，它終將碳纖維片粘貼于經過處理的混凝土表面。它的粘度應控制在一定范圍，有利于浸漬樹脂順利地將碳纖維片粘附于混凝土表面，經過車輛的碾壓，浸漬樹脂浸透碳纖維片。浸漬樹脂本身應具有很好的觸變性，易于施工且不會發生明顯的滴淌現象。

三 碳纖維材料類別

碳纖維又稱增強復合材料。目前，用于混凝土結構補強加固的碳纖維材料種類較多，其分類方法也多種多樣。

1按形式分類可分為:片材、棒材、型材和短纖維4種。

2按力學性能分類可分為:高模量(Ⅰ型)、高強度(Ⅱ型)和中等模量(Ⅲ型) 3種。

3按原絲種類分類可分為:聚丙烯腈(PAN)基碳纖維和瀝青基碳纖維2種。

 

四 碳纖維加固工藝

1施工前的準備作業。相關材料的預算與準備，已經相關設施的配置。

2 混凝土T型梁表面處理。對需加固混凝土T型梁梁底處理打磨、清除混凝土表面浮漿、松脫缺陷和污物，對漏筋處清除鋼筋表面銹蝕層，經防腐處理后用混凝土修補平整，對T型梁梁體已有裂縫修補、封閉。

3 涂刷底層結合劑。在已處理好的T型梁梁底表面涂刷特殊底層結合劑，并使其浸入混凝土表層，增強碳纖維與混凝土結合力。

4 T型梁梁底表面細微找平。在已涂刷底層結合劑的T型梁梁底，采用獨特的環氧膩子找平材料，對細微處整平，以便碳纖維與混凝土良好結合。

5 粘貼碳纖維。在經過處理后的T型梁梁底涂刷特殊的結合材料，將預先裁好的碳纖維粘貼于混凝土表面，碳纖維粘貼后再在其表面涂刷粘結材料。

6 表面防護及涂裝。碳纖維粘貼完成后，對表面進行水泥膠漿涂裝，保持修補后與修補前及未修補位置的顏色一致性和結構美觀。

局部各道工序均有嚴格的操作要求，操作手必須進行專業培訓，必須具有上崗證，承包單位應具有一定的經驗和資質證明，以確?！罢迟N結合面”的可靠工作

五 碳纖維加固機理

鋼筋和混凝土這兩種力學性能不同的材料之所以能有效結合在一起共同工作，主要的受力機理為:

1鋼材與混凝土有良好的粘結力，能夠在受力后共同變形。

2鋼材與混凝土良好的化學相容性。因為在混凝土中具有一定的堿性性質，故不會使鋼筋發生腐蝕，且由于鋼筋被包裹在混凝土之中，更使鋼筋有了一個可靠的保護而不致被腐蝕。

3鋼筋具有比混凝土更高的彈性模量和抗拉強度，這是鋼筋混凝土結構受力的基本機理。

4具有相近的溫度線形膨脹系數，會由于溫度變化產生較大的溫度內應力而破壞兩者之間的粘結。

六 碳纖維加固局限

碳纖維在一定程度上優化了公路橋梁建設，但是，我國建筑工程領域碳纖維加固補強技術的推廣使用還有以下局限性:

1工程使用的碳纖維材料主要依賴進口，而且必須使用價格昂貴的配套粘結膠；

2有限的粘結、連接和錨固技術，導致碳纖維材料界面增多、加固效率降低、工程量增大、成本增加；

3由于材料的特殊性，施工需要一定的技術，因此需要經過專門培訓的施工員進行操作；

4由于生產工藝不同，還沒有形成統一的檢驗方法和標準；

5國產碳纖維布(板)，由于原材料性能等的限制，其力學性能等還有待提高。

七 結語

碳纖維是一種高科技材料，它早應用于航空及航天工業，現已逐步在土木工程中推廣應用。由于碳纖維具有良好的力學性能，高強高效、材質薄、重量輕、施工簡便、耐久耐腐蝕性好等優點，是加固混凝土結構的一種好方法，可以提高加固工程的經濟效益和社會效益，值得大力推廣，具有廣闊的應用前景。

 

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