摘要：本文結(jié)合我國橋梁現(xiàn)狀，介紹了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固橋梁的新技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：混凝土橋梁，加固，碳纖維布
　　
　　我國大部分橋梁建成于20世紀(jì)50~70年代，已經(jīng)運(yùn)營數(shù)十年，再加上超載、超限車輛的日益增多，大批橋梁的技術(shù)狀況，已不能滿足行車安全的需要。已建的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)可能會(huì)出現(xiàn)承載能力不足、混凝土表面裂縫等問題。這些混凝土橋梁中絕大部分可以通過加固改造就能提高或改善結(jié)構(gòu)受力性能，重新投入使用。
　　自上世紀(jì)七十年代末初期，歐洲進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（FRP）在土木工程應(yīng)用研究以來，具有極好的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)秀耐腐蝕性的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的粘貼加固工程，形成了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固已有混凝土橋梁的新技術(shù)，其中碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）應(yīng)用更多。本文根據(jù)國內(nèi)外關(guān)于碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固的工程研究，介紹這一新技術(shù)的材料特性、施工方法和技術(shù)措施。
　　
　　1、材料的基本特性
　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。
　　碳纖維片材：
　　片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比，片材的拉伸強(qiáng)度很高。片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同，碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。
　　相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕在加固時(shí)不增加結(jié)構(gòu)的自重，而且施工工藝簡單對(duì)結(jié)構(gòu)不造成損傷。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
　　配套樹脂類粘結(jié)材料；
　　混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。
　　浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時(shí)間緊密相關(guān)。采用專配的環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時(shí)，粘貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)間約15小時(shí)以上，但粘貼后就可以使用的時(shí)間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
　　
　　
　　2、碳纖維片材加固橋梁的形式
　　碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的加固補(bǔ)強(qiáng)，其加固的效果主要是提高構(gòu)件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力；提高構(gòu)件的剛度以及延性。除此之外，許多室內(nèi)及現(xiàn)場試驗(yàn)證明，碳纖維片材加固的混凝土構(gòu)件裂縫寬度發(fā)展可以得到控制。
　　由于碳纖維片材，特別是碳纖維布質(zhì)量輕且厚度薄，具有一定柔度，在混凝土橋的有關(guān)部位加固較靈活。碳纖維片材因碳纖維排列方向不同而使各方向拉伸強(qiáng)度不相同，碳纖維片材的纖維向與受力向相同時(shí)，其拉伸強(qiáng)度最高，反之，纖維方向與受力方向垂直時(shí)，其強(qiáng)度最低。因此，在采用碳纖維片材進(jìn)行加固設(shè)計(jì)中，必須正確掌握纖維的布置方向。根據(jù)混凝土構(gòu)件加固計(jì)算，可以采用連續(xù)式粘貼或條帶間隔粘貼碳纖維片材的方式。研究表明，分條加固的效果要優(yōu)于整條布的加固效果。
　　3、粘貼碳纖維片材加固施工技術(shù)
　　①、碳纖維布的施工工序：
　　I. 施工準(zhǔn)備。
　　II. 混凝土表面處理（見下文）。
　　III. 配制并涂刷底層樹脂。
　　IV. 配制找平材料并對(duì)不平整處進(jìn)行找平處理。
　　V. 配制并涂刷浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。
　　VI. 粘貼碳纖維布。
　　VII. 涂刷混凝土漆兩遍。
　　②、施工及工藝要求：
　　I. 要根據(jù)施工現(xiàn)場和梁體混凝土的實(shí)際狀況，擬訂施工方案和施工計(jì)劃。
　　II. 要對(duì)所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的準(zhǔn)備工作。
　　III. 施工要在環(huán)境溫度為8℃以上的條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度。
　　IV. 施工時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境濕度對(duì)樹脂固化的不利影響。
　　V. 在進(jìn)行梁體表面處理和粘貼碳纖維布前，應(yīng)按設(shè)計(jì)部位放線定位。
　　VI. 樹脂配置時(shí)，應(yīng)按產(chǎn)品使用說明中規(guī)定的配比稱量并置于容器中，用攪拌器攪拌至色澤均勻。在攪拌用容器內(nèi)及攪拌器上不得有油污和雜質(zhì)。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境溫度確定樹脂的每次拌和量，并按要求嚴(yán)格控制使用時(shí)間。
　　③、表面處理：
　　I. 清除梁底表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，對(duì)有砼剝落或嚴(yán)重凹陷處用不低于C40級(jí)的環(huán)氧細(xì)石混凝土將表面修復(fù)平整。為保證新舊混凝土的可靠粘結(jié)，要將舊混凝土表面鑿毛后清理干凈，并在表面涂刷一層環(huán)氧漿液界面劑。
　　II. 按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行處理。
　　III. 梁體表面應(yīng)打磨平整，除去表面浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。
　　IV. 混凝土表面清理干凈并保持干燥。
　　④、涂刷底層樹脂：
　　I. 按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配置底層樹脂。
　　II. 采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面，在底層樹脂表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下
　　一工序的施工。
　　⑤、找平處理：
　　I. 按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的的工藝規(guī)定配置找平材料。
　　II. 對(duì)混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，不應(yīng)有棱角。
　　III. 在找平材料表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一工序的施工。
　　⑥、粘貼碳纖維布步驟和要求：
　　I. 按設(shè)計(jì)尺寸裁剪碳纖維布。
　　II. 按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配置浸漬樹脂，并均勻涂抹于粘貼部位。
　　III. 將碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，采用專業(yè)的滾筒順纖維方向多次滾壓，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。
　　IV. 粘貼U型壓條時(shí)應(yīng)重復(fù)上述步驟，并在縱向碳纖維布表面的浸漬樹脂指觸干燥后盡快粘貼。
　　V. 在碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹脂。
　　VI. 待浸漬樹脂完全干燥后涂刷兩遍水泥漆。
　　VII. 碳纖維布在粘貼施工中的具體要求見《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。
　　⑦、其它事項(xiàng)：
　　I. 施工碳纖維布時(shí)要遠(yuǎn)離電氣設(shè)備和電源，或采取可靠的防護(hù)措施。
　　II. 施工中盡量避免碳纖維布彎折。
　　Ⅲ.配套樹脂的原料要密封儲(chǔ)存，遠(yuǎn)離火源，避免陽光直接照射。
　　4、有關(guān)混凝土橋梁技術(shù)應(yīng)用問題
　　粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁技術(shù)在歐洲、美國、加拿大和日本已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并且進(jìn)行了深入的研究。我國在這方面的工程實(shí)踐也是在二十世紀(jì)九十年代中期才開始，就我國公路混凝土橋梁有關(guān)粘貼碳纖維片材加固新技術(shù)應(yīng)用推廣的問題做如下討論。
　　粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項(xiàng)新技術(shù)，使得粘貼加固法成為公路橋梁快速加固方法，適合公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運(yùn)的要求。碳纖維片材輕、現(xiàn)場粘貼無需重型設(shè)備、施工便利，便于橋下的高空作業(yè)，可在公路橋梁上推廣應(yīng)用。
　　對(duì)于公路舊混凝土橋梁的加固方法，在工程上應(yīng)用效果較好的是綜合法，即以某種加固方法為主，輔以其它方法，這必須依照橋梁現(xiàn)場的外觀檢查和技術(shù)狀況評(píng)定，加固設(shè)計(jì)要求而定。目前，粘貼碳纖維片材加固方法往往輔以裂縫灌漿、裂縫封閉等方法。
　　我國目前在工程中采用的碳纖維片材材料及配套樹脂類粘結(jié)材料，是以國外進(jìn)口材料為主，國產(chǎn)產(chǎn)品較少，且產(chǎn)品的勻質(zhì)性及低樹脂含量等技術(shù)指標(biāo)上還有差距。這樣，進(jìn)口的材料單價(jià)就顯高，這往往影響技術(shù)的經(jīng)濟(jì)決策。因此，除了應(yīng)盡快采取先進(jìn)技術(shù)及措施使國產(chǎn)產(chǎn)品提高質(zhì)量外，在碳纖維片材加固技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)更多從加固效果，耐久方面來考慮橋梁加固后正常運(yùn)營效益與經(jīng)濟(jì)性。
　　在國外先進(jìn)國家的科學(xué)研究工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，結(jié)合我國公路舊橋的加固維修特點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)，盡快編制碳纖維片材加固技術(shù)的指南，以指導(dǎo)工程應(yīng)用。碳纖維片材加固補(bǔ)強(qiáng)公路混凝土橋梁是粘貼加固新技術(shù)，需要結(jié)合我國的工程特點(diǎn)進(jìn)行深入研究和不斷提高，使我國公路舊橋加固維修技術(shù)達(dá)到新的水平。
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