浅谈碳纤维补强法及其在公路桥梁加固中的运用

1、浅谈碳纤维补强法及其在公路桥梁加固中的运用本文从碳纤维补强法的加固原理、加固形式、性能特点及其优越性等方面，对该工法举行了具体阐述，并将该工法运用于京津塘高速大路桥梁修理加固施工中，得到业主及相关部门极高的好评。一、引言改革开放的30年来，我国的土木工程建设迎来了飞快进展历史时期，囫囵中国几乎成了一个大的建设工地，新的高楼大厦、展览中心、铁路、大路及桥梁、港口、航道及大型水利水电工程，在祖国大地上，如雨后春笋般地涌现，进展之快、数量之巨，令世界各国惊叹不已。另一方面随着工程数量的增强，越来越多的建造进入养护期，例如：上世纪90年月初建设的大路桥梁，因为当时建设标准低，加上长时光高负荷使用，许多

2、桥梁均消失不同程度的破坏，桥梁修理工程量增强同样快速，传统的修理工艺已经无法满意现状需要，这就要求消失技术上更新奇、操作上更便捷、经济效益上更优的新的加固工艺，本文将推荐一种新型加固施工工艺碳纤维补强法及其桥梁加固中的运用。二、碳纤维补强法的加固原理碳纤维是在几千度的高温下经特别工艺制造的一种高科技产品，碳纤维片是将碳纤维浸渍树脂，用特别工艺制成的纤维定向罗列的复合片材，它具有高强轻质，抗腐蚀，耐老化，物理性能稳定等诸多优点，其拉伸强度约为钢材的78倍，碳纤维补强的基本材料是将高强度或高弹性模量的继续碳纤维，单向罗列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增加复合材料片材（Carbon Fiber R

3、einforced Plastics Plastics或polymer，简称C碳纤维），将片材用特地配置的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，碳纤维片即可与钢筋共同受力，因为碳纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使得结构得到加固补强。三、大路桥梁常见的碳纤维补强形式1、抗弯补强碳纤维片贴在受拉一侧，即跨中的下部和继续板、继续梁、悬臂板、梁支座的上部，沿受力筋方向粘帖。因为碳纤维片弹性模量比钢筋稍大，受力时延长率小于钢筋，故在结构受力时先行受力，随荷载渐渐增强达到两者变形协调时，两者共同受力并按一定比例分配，往往在补强前或者因原有钢筋锈蚀造成截面积不足，或因超载原

4、有钢筋应力过大，补强后碳纤维分担了拉力，使钢筋应力大大降低，结构承载力得以提高。抗弯补强时，可以按照受力需要贴一层至多层，还可以用高弹性模量片材，补强效果更显著。2、抗剪补强通常是梁逼近端部主拉应力较大的区域或有次梁或较大集中荷载作用的部位，补强时在梁的两侧面竖向粘贴，或与梁底形成U形环包，相当于增强抗剪箍筋以分担原箍筋的剪力。3、抗疲惫补强大路桥梁及桥面板，采用粘贴碳纤维片以提高其结构的疲惫抗力。四、碳纤维补强法的性能及优越性碳纤维加固补强混凝土结构具有许多优于传统方式的特点和优越性，是混凝土结构修复补强技术的一个新进展，碳纤维补强技术的特点和优越性可以归纳如下：1、施工简便快速用碳纤维片修

5、复补强混凝土结构只需将被修补部位的混凝土表面修补打磨平整，表面洁净，涂刷特定的环氧树脂，然后粘贴碳纤维片，不需任何夹具、模板和支撑施工既简便又快速。2、基本不增强结构分量碳纤维片的分量仅200g300g/m2，设计厚度0.1110.167mm，加上环氧树脂的分量仍旧很轻，对结构自重的影响甚微，可忽视不计。3、能适应各种结构外形的补强碳纤维片的厚度很薄，可以裁剪成所需样子，顺应结构的外形粘贴在混凝土表面，如变截面梁、曲线梁，均可便利地粘贴。4、可以多层粘贴按照补强设计的要求，碳纤维片可以在一个部位重叠粘贴，即贴一层后上面再贴一层，继续贴许多层，充分满意补强的要求。5、能有效地封闭混凝土的裂缝碳纤

6、维片粘贴在混凝土的表面，不仅封闭了混凝土的裂缝，碳纤维片高强度高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成和扩展，转变了裂缝的形态，使宽而深的裂缝变成凝聚的微小裂缝，从而提高了混凝土构件的整体刚度。6、不影响结构的外观碳纤维片的厚度很薄，粘贴固化后表面还可以涂刷与原结构色彩全都的涂料，而不影响结构的外观7、耐久性好碳纤维片和环氧树脂的化学稳定性能都十分好，耐酸、碱和盐类的腐蚀，还可以防水，在重复荷载作用下的疲惫性能也优于金属及混凝土材料，可长期经历核辐射和紫外线辐射，在-54度82度温度环境条件下使用，强度不降低，经加速老化实验推算，可历时40年性能不变，且在表面涂装后，其耐久性将更为突出。五、碳

7、纤维补强法在实例工程中的运用（一）实例工程简介（2022年京津塘高速大路T梁修理加固工程）京津塘高速大路金钟路高架桥位于天津市宜兴阜镇境内，全长3740米，其上部结构采用先张预制T梁结构，按照现状调查，因为桥梁超载运行，造成桥梁消失不同程度的梁体开裂病害，为保证桥梁正常使用平安，针对裂缝大于0.25mm的梁体在梁侧面及底面采用粘贴碳纤维片举行补强。（二）碳纤修理复补强技术施工工艺在碳纤维片加固施工前，应尽可能地卸去部分荷载，使碳纤维粘贴施工时结构和构件承受的荷载作用减小到最小程度。其施工工序为：基底处理，涂底层涂料，找平处理，碳纤维片裁剪，粘碳纤维片，养护，涂装，完工验收。1、混凝土表面处理1

8、）清除梁体表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。2）梁体钢筋露出部位采用钢丝刷举行防锈处理，对于较大面积的劣质层混凝土在凿除后采用环氧砂浆举行修复，并养护三天。3）将梁体表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至彻低露出混凝土结构新面。转角粘贴处举行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不小于20mm。并用环氧树脂砂浆将表面修复平整。4）表面打磨后，应用强力吹风器或吸尘器将表面粉尘彻底清除，并保持干燥。2、涂底层涂料1）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量精确后放入容器内，用搅拌器搅拌匀称，一次调和量应在可使用时光内用尽。2）用滚筒刷匀称地将底层涂料涂刷于混凝土表面，指触干

9、燥后（一般养护324小时）才干举行下一道工序的施工。3）底层涂料指触干燥或固化后，表面上的凸起部分（一般类似结露的露珠一样）要用砂布或角磨机磨平。3、粘贴面找平处理1）按产品生产厂家供应的配比规定配制找平材料。2）混凝土表面修补选用丙酮将表面浮尘擦去，有凹陷处，应使用修补胶找平；有段差或转角部位，应抹成平滑曲面。3）转角处采用找平材料维修成为光洁的圆弧，半径不应小于20mm。4）用刀头宽度100mm的刮刀对凹坑实施填塞修补、找平，找平程度按眼观目测无显然的刮板或刮刀痕迹纹路平滑为准。5）在找平材料表面指触干燥后，尽快举行下一工序的施工。4、碳纤维布（板）剪裁1）按设计规定尺寸剪裁碳纤布，切记务

10、必满意设计尺寸，严禁斜切碳纤布，并防消失拉丝现象。2）保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位的方向全都。3）剪裁成型的碳纤维留意庇护洁净不受污染。5、粘贴碳纤维片1）树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量精确，装入容器用搅拌器匀称搅拌，一次调和量应在可使用的时光内完成。2）纤维片材长度方向的接头务必搭接10cm以上，该部位应多涂树脂，脱泡、树脂操作按正常举行，在片材宽度方向不需要搭接。3）贴片前用滚筒刷匀称地涂抹粘贴用环氧树脂，称为下涂。贴片时，在纤维片和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉（专用工具）沿纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使树脂渗浸进纤维中。4）纤维片施工30分钟后，用滚筒刷匀称涂抹粘贴用环氧

11、树脂，称为上涂。如需多层粘贴则重复此阶段之（1）（4）步骤，并保证底层粘贴的碳纤维片上涂已指触干燥，才干粘贴下一层。5）最后一层碳纤维的上涂应涂刷匀称，周边整齐。6、养护碳纤维片施工后，应举行养护，保证养护期间的温度不低于环氧树脂允许使用温度。养护期一般在12周内。7、表面涂装在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料举行装点。8、完工验收用小锤轻击，检查空鼓，无空鼓或惟独少量小空鼓（3cm）便视为合格，对于较大空鼓（3cm）或较多的小空鼓应举行灌胶（注入TR树脂）处理。（三）碳纤修理复补强施工留意事项1、气温在5度以下、相对湿度RH85%、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工。2、因为碳纤维片为电的良导体，应使其远离电源。3、施工用各种树脂远离明火，并避开阳光直射。4、施工及检查人员应穿防护工作服，佩戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。5、施工现场通风状态良好。6、当树脂粘附在皮肤上时，应立刻用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗整洁。（四）工程效果检验经过碳纤维片补强后，金钟河高架桥梁体开裂病害得到有效的控制，梁体承载能力符合日常车流量要求，该施工工艺在补强梁体结构受力的同时，确保了正常交通的通行，获得了业主及相关部门的全