点击图片查看原图
碳纤维加固桥梁的优点
作为一种被研发的新型加固材料，碳纤维的形成过程是高温碳化聚丙烯之后的结果。在补强混凝土结构方面，自身的性质使碳纤维的补强效果非常显著。按照不同的形状可将碳纤维分为：短纤维、片材以及棒材三类；在力学性能上的划分又可以将碳纤维分为：中等弹模量纤维、高弹性模量纤维以及高强度纤维等。碳纤维对桥梁的补强原理是，在混凝土上，通过使用高强度的粘合剂，将碳纤维棒材和碳纤维布粘到上面，最终使补强的目的通过它们共同作用的手段实现。高弹性模量和高强度是碳纤维材料所具备的特点，因此其他的加固材料无法具有碳纤维对桥梁进行加固时的一些优点。首先是碳纤维的高效高强特点。物理学中高弹性模量和高强度的优异性能，使桥梁构件的承载力在通过碳纤维材料进行加固补强时，得到了充分的提高，进而使桥梁得到了充分的加固。其次，由于与酸碱盐等物质不易发生化学反应， 纤维材料具有极佳的耐腐蚀性。碳纤维材料所独具的优势和特点就是极其稳定的化学性质，持久性和耐腐蚀性是经过碳纤维材料加固补强后建筑物新具有的特 点 再次，构件的体积和自重不会因为碳纤维材料的加固补强而增加。建筑物的质量在经过质量很轻的碳纤维加固后不会有明显增加，自身的承载力也不会被减弱，同时建筑物的使用空间也不会受到影响。同时，碳纤维材料对桥梁的加固补强施工更为便利。由于质量较轻的特点，碳纤维材料的施工过程完全不需要大型机械，具有较高的工作效率、较小的占用空间及简单方便的操作程序。最后，碳纤维材料具有极好的耐寒耐热性，在-55℃~84℃之间复合材料不会降低其强度，混凝土补强试件经历51℃~-19℃，经过3小时内循环浸渍10次，不会降低其抗弯曲强度；耐酸、耐碱性，3个月浸渍在10%硫酸液或300个小时浸泡在41℃的氢氧化钙饱和盐水中，其强度均不会降低；极强的耐水性，搭接强度和抗拉强度即使在72℃的水中浸渍30天仍不会降低。
碳纤维加固技术原来分析及要求特点
（一）特点
1．高强高效，适用面广，质量易保证。
2．施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少。
3．耐腐蚀及耐久性能极佳。
4．加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。
（二）适用范围
1．适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体，壳体等结构。
2．基层混凝土的强度要求不低于C15。
3．施工环境温度在5～35℃范围内，相对湿度不大于70％。
（三）工艺原理
加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。
（四）工艺流程及操作要点
1．工艺流程。卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。
2．操作要点。
（1）卸荷。加固前对于承受二次荷载的构件不需卸荷，不承受二次荷载的构件必需卸荷，卸荷方式如下：
①对老建筑采用拆除原有的吊顶、顶板装饰层、墙面装饰、地面面层、设备等方法，以达到卸静荷的目的。
②对一些不能卸静荷的构件，可采用千斤顶顶升的方式卸荷；
③卸活荷载。
（2）基底处理。
①混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等部位应予以凿除，对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。
②裂缝部分如有必要应首先进行封闭或灌浆处理。
③用混凝土角磨机、 砂纸等工具除去混凝土表面的浮浆。油污等杂质，构件基面的混凝上要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状（R≥10mm）。
④用吹风机将混凝上表面清理干净并保持干燥。
（3）涂底胶（使用材料为FP）。
①按主剂：固化剂＝2：l 的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，电动搅拌器均匀搅拌，根据环境温度决定用量并严格控制使用时间，一般情况下1h 内用完。
②用滚筒刷均匀涂抹于混凝上表面，等胶固化后（以指触干燥为准），再进行下一步施工。一般情况下固化时间为2～3d.（4）用整平材料找平（使用材料型号为FE）。
①混凝土表面凹陷部位要用FE
填平，尽量减少高度差。
②转角的处理也应用FE 将其修补为光滑的圆弧。 h
（5）粘贴碳纤维布（使用材料型号为FR）。
①按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3m之内。
②调配粘贴材料FR 胶（使用方法同底胶FP），然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在搭接处、混凝土拐角等部位要多涂抹一些。
③粘贴碳纤维布，在确定所贴部位无误后剥去离析纸，用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使FR 胶充分浸透碳纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，待纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
④在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹FR 胶。碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm。
碳纤维搭接示意图
⑤碳纤维端部固定用粘贴横向碳纤维或粘钢固定。
（6）保护。加固后的碳纤维表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护。
（五）材料
碳纤维材料（CFRP）加固修补结构所用材料主要为碳纤维材料与粘贴用树脂。材料及性能指标见表
结构加固修补用碳纤维材料（CFRP）主要性能指标
贴CFRP 用树脂主要技术性能指标
粘碳纤维的控制要点：
一．施工前的控制：
1.材料及文件资料
粘碳纤维所用的碳纤维品种、质量和性能应符合设计要求和有关规范规定。检查设计图纸及相关文件是否齐全。粘碳纤维胶体的出厂质量保证书（检验报告、性能指标、生产日期、产品标准号）质量合格证，产品使用说明书和进场后的复检报告。
二．施工过程控制
1.粘碳纤维的施工工艺
放线定位→ 混凝土表面处理→ 配制并涂刷底层树脂 → 配制找平材料并对不平整处修复处理 →
配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂 →粘贴碳纤维片材
→ 表面防护
2.质量控制要点
⑴混凝土表面处理
混凝土表面要进行打磨处理，打磨到出现新结构面，并用棉纱把表面的灰尘擦拭干净。如混凝土表面有蜂窝、空洞、腐蚀等现象，要进行剔凿、修补。
⑵配置涂刷各层树脂胶
严格按产品说明配比，要使用台秤准确测量，遇有温度低于产品要求时，要采用加热措施，不得掺加任何添加剂。涂刷树脂时要均匀，且初凝时间要严格按产品说明。
⑶粘贴碳纤维
粘贴碳纤维时，表面要用滚刷沿纤维受力方向滚压，并沿一方滚压，不得来回反复。
