建筑与工程 Ｉ■ Ｃｈｉｎａ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ 如何运用碳纤维对桥梁加固补强 何淼 （江苏交通工程咨询监理有限公司） 要］本文介绍了桥梁中常见的加固技术，重点阐述碳纤维在我国桥梁补强技术上的应用并着重介绍碳纤维施工工艺及注意事项，供大家参考。 ［关键词］桥梁加固碳纤维修复补强 中图分类号：ｕ４４５．７＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）１１ ０１８４一Ｏ１ ，．．１莆言 中国桥梁工程的发展已具有相当规模，公路交通量不断增加，行车密度及 车辆载重越来越大，公路桥梁负荷日趋加重。有一部分公路桥梁是中国２Ｏ世 位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和 露筋的构件残缺部分进行修补复原： ｂ）裂缝修补。缝宽小于０．２ｍｍ的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封：久 纪８Ｏ年代以前修建的．因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。 而２Ｏ世纪８０年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远 没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化的现象，影响其承载能力和使用寿 命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，恢复和提高桥梁的承载能力及通 行能力，延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。 ２桥梁中常见的加固技术 ２．１增大混凝土桥梁截面法 该方法主要是通过增大受力截面．提高桥梁的承载能力。增大混凝土 截面一般采用３种方式： （１）桥面板补强加固。通过在梁顶上加铺一层钢筋混凝土层．与原有主 梁形成整体．达到增大主梁有效高度和提高抗压截面强度，改善桥梁荷载横向 分布能力，提高桥梁承载力。 （２）增大截面和配筋加固。通过增大梁底面或侧面的尺寸。增配主筋， 提高梁的有效高度和强度，从而提高桥梁的承载力，这种方法适用于梁的强度、 刚度、稳定性和抗裂性能不足，可以采用普通方法和锚喷混凝土加固法。 （３）增设纵梁加固。通过增设承载力高和刚度大的新纵粱。新梁与旧梁 相连接．荷载重新分布，使原有梁中所受荷载得以减小，从而提高承载力。这 种方法适用于拓宽改建桥梁，在施工中应保证横向连接的质量。 ２．２体外施加预应力法 该方法是以梁身为锚固体．通过张拉受拉区力筋产生预应力以抵消部分 自重应力，起到卸载的作用，从而能够较大幅度地提高结构的承载能力［。 ２．３改变结构体系加固法． 该方法是通过改变原结构的受力状况和受力体系以改善桥梁性能，提高承 载能力。一般可通过筒支梁下增设支架或桥墩，把简支梁与简支梁加以连续变 为连续梁，在桥下增设钢加劲梁以及铰接变固接等。 ２ ４粘贴受力筋（钢板、碳纤维）加固法 该方法是使用化学粘贴剂将钢板或碳纤维直接粘贴在混凝土构件的受拉 边缘。使其共同工作．从而提高结构的刚度和承载能力。 在以上的各种加固方法中．增大混凝土桥梁截面法因为施工比较简单并 且费用较低已经得到较广泛的应用．但是其施工设备、材料笨重并且工期 较长。体外施加预应力法在自重增加很小的情况下能够大幅度改善和调整原 结构的受力状况．提高结构的刚度和抗裂性能，对桥梁营运影响较小并且可以 作为临时加固方法，但是旌加体外预应力对原结构破坏较大．而且在张拉过程 中钢筋易松弛、易失效。改变结构体系加固法加固效果好，但在施工前要进行 周密细致的计算分析以确定体系转换的方法和具体的施工过程。粘贴受力筋 加固法中因为钢板较碳纤维重。使结构自重有不同程度的增加，钢板易发生化 学腐蚀，而且加固效果初期并不明显。粘贴碳纤维加固法有着不增加桥梁自重 及截面尺寸，适用不同构件形状．成型方便，施工简便．对原结构不产生新的 损伤。能有效地封闭混凝土的裂缝，优良的耐化学腐蚀性和耐久性的优点。 ３碳纤维加固补强的麓工工艺 ３．１碳纤维材料特性 碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复 合而制成的。其力学特点是应力应变量完全线弹性．不存在屈服点或塑性区。 碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布．是 由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维 长丝沿一个主方向均匀平铺．用极少的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝 编织连接在一起．形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。碳纤维布的抗 拉强度标准值应大于３０００Ｍｐａ，弹性模量大于２．１ １０５ ＭＰａ。综合材料的物理、 力学特性分析，要想最大限度地发挥材料自身的优势，适宜将Ｃ（ＲＰ材料作为桥 梁结构的受拉或预应力受弯构件，特别适用于纯受拉构件，工程实践也证明了 这一点。目前．用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开 展。 ３．２根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理 ａ）将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除于净，达到绩掏密实部 １８４ Ｉ科技博览 于０．２ｍｍ的裂缝用环氧树脂灌缝： ｃ）将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平 顺。用磨光机把棱角磨成半径大于３０ ｍｍ的圆角： ｄ）清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥 ３．３底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性．可渗入砼表面内） ａ）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌 器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准： ｂ）用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料： Ｃ）底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光： ｄ）注意在气温小于５ ＯＣ，相对湿度大于８５，砼表面含水率在８以上，有结 露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。 ３．４贴碳纤维片 ａ）为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中， 严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一 般不超过６ ｒｎ：。 ｂ）碳纤维接头必须搭接１０ ｃｍ以上，横向不需搭接： ｃ）按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称 为下涂： ｄ）贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方 向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。 ３ ５养护 粘贴碳纤维片后，需自然养护２４ ｈ达到初期固化，并保证固化期间不受 干扰。 ４碳纤维（片材）加固处理要点 在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以 下施ＩｉＩ序进行加固施工。 （１）破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂 窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。 （２）按设计要求对破损面钢筋处理后用Ｍ ４５的环氧树脂砂浆进行灌缝或 封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于１５Ⅲｍ。利用打磨机将其表面打磨平 整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、 干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴 处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于２０ ｍｍ。 （３）涂刷底层树ＩＩ：用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树 脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。 （４）找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角 （５）粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并 用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚 压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可 进行下一层的粘贴。如超过６０ ｍｉｎ，则应等１２ ｈ后，再行涂刷粘结剂粘贴下 一层。 （６）在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。 （７）必要时进行表面防护及外观处理。 结语 随着碳纤维补强技术的优强性在工程领域得到普遍认同，这项技术将更加 成熟和完善，同时随着碳纤维片生产厂家的努力，生产成本的进一步下降，这项 技术的应用必将重现出更广阔的前景。
