橋梁工程碳纖維加固技術(shù)有哪些？如何進(jìn)行維護(hù)管理？以下是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。隨著交通運(yùn)輸量的增加，行駛密度的增加，車輛的負(fù)荷的增加，橋梁的負(fù)荷越來(lái)越重。特別是在上世紀(jì)80年代以前修建的橋梁，已經(jīng)暴露出承載力不足、老化、破損、裂縫等缺陷，更有一些新修橋梁由于對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)形式認(rèn)識(shí)不足，施工工藝、方法和材料運(yùn)用缺乏科學(xué)合理的指導(dǎo)等因素，在沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命的情況下，出現(xiàn)了耐用性能退化的危橋、病橋現(xiàn)象，嚴(yán)重制約了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。重建這些橋梁，不僅費(fèi)用大，建設(shè)周期長(zhǎng)，交通障礙、繞道等給社會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)存在缺陷的橋梁進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)和維修管理，使其在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，已成為橋梁工程重大的研究課題。

碳纖維是一種將纖維、沙線或織物等材料通過(guò)一定的制作工藝與特定的樹(shù)脂材料復(fù)合而成的增強(qiáng)聚合物。碳纖維材料具有不存在屈服點(diǎn)和塑性區(qū)等優(yōu)良的物理性能。用于橋梁工程混凝土構(gòu)件加固的碳纖維布，則是碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)過(guò)編織工藝而制成的柔軟片材。

日本是成功地將碳纖維片運(yùn)用于橋梁加固的最早的國(guó)家之一，相對(duì)于美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家，我國(guó)對(duì)碳纖維的研究，特別是將其用于橋梁加固的技術(shù)始于上個(gè)世紀(jì)80年代，起步較晚。

2碳纖維布加固技術(shù)簡(jiǎn)介及加固原理

2.1技術(shù)簡(jiǎn)介

碳纖維增強(qiáng)聚合物由環(huán)氧樹(shù)脂同高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束粘貼而成。采用碳纖維片進(jìn)行橋梁工程加固具有以下優(yōu)點(diǎn)：

強(qiáng)度高。據(jù)檢測(cè)，碳纖維板的強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍

碳纖維板具有較高的拉伸強(qiáng)度和高強(qiáng)度輕等物理特性

碳纖維板具有良好的酸、堿、鹽等化學(xué)特性。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，在稀硫酸、氫氧化鈉等堿性溶液和鹽水中浸泡強(qiáng)度不會(huì)降低。其本身的防腐蝕耐腐蝕性和可抵抗各種惡劣環(huán)境腐蝕的特點(diǎn)，大大提高了整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性和壽命

碳纖維片具有良好的溫度穩(wěn)定性和耐水性，以及抗紫外線和抗老化性能等特點(diǎn)，非常適合橋梁工程的生存環(huán)境

碳纖維片密度僅為200g/m2，其較輕的自重，加固時(shí)不僅不增加橋梁結(jié)構(gòu)的自重和截面尺寸，而且柔軟，容易裁剪

施工簡(jiǎn)單，加固時(shí)不需要太多的施工機(jī)構(gòu)和大型機(jī)械設(shè)備，

經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，工期比較短。因此，碳纖維加固技術(shù)適用于各種橋梁工程結(jié)構(gòu)類型、梁、板、柱、橋墩、橋梁等各種結(jié)構(gòu)部位的加固和維護(hù)。

2.2加固原理

用于橋梁工程加固的碳纖維材料，應(yīng)與膠水共同使用。理論上碳纖維材料具有抗拉強(qiáng)度達(dá)到建筑用鋼材十幾倍的優(yōu)良的力學(xué)性能，但當(dāng)碳纖維材料通過(guò)一定的工藝手段被織成碳纖維布后，各碳纖維絲之間缺乏抱合力很難共同完全工作，出現(xiàn)碳纖維絲逐漸斷裂而整體破壞的現(xiàn)象。粘結(jié)劑的使用，大大地提高了碳纖維片的整體抗拉強(qiáng)度，可使纖維絲更好地共同工作，達(dá)到加固的目的。

3碳纖維布加固橋梁工程的機(jī)理分析

3.1對(duì)鋼筋混凝土抗彎構(gòu)件的加固

碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的抗彎加固，是通過(guò)將碳纖維布粘貼于混凝土受彎構(gòu)件的受拉區(qū)，對(duì)鋼筋的受拉性能進(jìn)行替代或補(bǔ)充從而提高構(gòu)件的抗彎承載力而實(shí)現(xiàn)的。鋼筋混凝土彎曲部件粘貼碳纖維后。構(gòu)件拉伸部位的混凝土破裂前，碳纖維的應(yīng)變小，彎曲構(gòu)件的混凝土破裂時(shí)，特別是鋼筋屈服后，碳纖維片迅速應(yīng)變，充分體現(xiàn)了高強(qiáng)度高效的加固性能。

3.2鋼筋混凝土抗剪構(gòu)件的加固

鋼筋混凝土的抗剪加固，是通過(guò)將碳纖維粘貼在鋼筋混凝土構(gòu)件的剪切區(qū)域，使碳纖維發(fā)揮類似鋼筋的作用。鋼筋混凝土部件屈服前，碳纖維應(yīng)變發(fā)展緩慢，應(yīng)變值小，鋼筋混凝土部件屈服后，發(fā)揮碳纖維布替代的帶筋作用，應(yīng)變速度急劇加快，加強(qiáng)鋼筋混凝土的抗剪部件。

3.3對(duì)鋼筋混凝土抗震構(gòu)件的加固

應(yīng)用碳纖維布對(duì)混凝土柱進(jìn)行抗震加固，是通過(guò)采用碳纖維布對(duì)鋼筋混凝土柱橫向包裹提高其延展性而實(shí)現(xiàn)的。碳纖維對(duì)鋼筋混凝土抗震構(gòu)件的加固實(shí)質(zhì)是對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用。這種被動(dòng)約束隨著混凝土柱軸向壓力的增大而橫向膨脹，使包裹在鋼筋混凝土抗震部件上的碳纖維布環(huán)向伸長(zhǎng)，提高側(cè)向約束力，達(dá)到顯著改善部件的延展效果。

4碳纖維片材的選擇和加固工藝維護(hù)管理

4.1碳纖維片材的選擇

碳纖維片材編織的均勻性是直接影響橋梁工程加固和維護(hù)質(zhì)量的關(guān)鍵。只有分布和排列均勻的碳纖維束，經(jīng)過(guò)加工形成復(fù)合材料，才能充分發(fā)揮其整體均勻受力的優(yōu)良物理特性。材質(zhì)的均勻性直接影響碳纖維片的應(yīng)力分布和橋梁工程部件的加固和維護(hù)，如果處理不好，碳纖維的加固效果就無(wú)法充分發(fā)揮。因此，選擇分布和排列均勻的碳纖維片材是橋梁工程加固和維護(hù)的關(guān)鍵。

4.2加固技術(shù)維護(hù)管理

選擇碳纖維片材對(duì)橋梁工程的加固和維護(hù)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

在對(duì)加固和維護(hù)部件進(jìn)行表面處理和粘貼碳纖維片材之前，應(yīng)嚴(yán)格按照加固設(shè)計(jì)部位放線，正確定位

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行碳纖維片材的裁剪，裁剪后織物的長(zhǎng)度和寬度如果需要粘貼正反兩層，請(qǐng)擦拭底面的碳纖維片，妥善放置，保證粘貼效果

對(duì)于擦拭干凈的碳纖維片，請(qǐng)立即涂抹粘結(jié)樹(shù)脂進(jìn)行保護(hù)。膠層應(yīng)呈現(xiàn)凸起形狀，其平均厚度以不小于2mm為宜；

用手將涂有粘結(jié)樹(shù)脂的碳纖維片材，采用輕輕壓貼的方式粘貼在加固位置，順著纖維片材的方向，用橡膠滾筒均勻地平穩(wěn)壓實(shí)，使二者之間的樹(shù)脂從兩邊溢流出，保證粘貼密實(shí)無(wú)空洞。平行粘貼碳纖維時(shí)，要求兩片之間間距應(yīng)以不小于5mm為宜；

因特殊需要，需要對(duì)加固和維修部位粘貼兩層碳纖維片材時(shí)，可采用連續(xù)粘貼的方式。施工中不能連續(xù)粘貼時(shí)，基礎(chǔ)碳纖維片材應(yīng)按粘貼要求重新進(jìn)行清潔作業(yè)

施工應(yīng)在符合配套樹(shù)脂使用溫度的5℃以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行。根據(jù)施工環(huán)境溫度選擇輔助樹(shù)脂，或者環(huán)境溫度低于輔助樹(shù)脂的使用溫度時(shí)，應(yīng)采用適合低溫的輔助樹(shù)脂，或者采用升溫的處理措施

施工時(shí)，應(yīng)綜合考慮環(huán)境濕度對(duì)樹(shù)脂固化產(chǎn)生的不良影響，其粘貼部位混凝土含水率在4%以下的

樹(shù)脂的配置，應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品使用說(shuō)明規(guī)定的配置進(jìn)行配置，正確稱量放置在容器中。根據(jù)操作說(shuō)明，使用不含油污和雜質(zhì)的清潔攪拌機(jī)均勻攪拌到顏色均勻。攪拌量的確定應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度和工作量，嚴(yán)格控制每批次的使用時(shí)間

為了保證粘貼的質(zhì)量，確保橋梁工程的加固和維護(hù)，有效控制樹(shù)脂施工的可操作時(shí)間和固化時(shí)間，在不同季節(jié)、不同溫濕度條件下，選擇符合季節(jié)和溫濕度要求的不同型號(hào)的粘貼樹(shù)脂。

5結(jié)論

綜上所述，碳纖維加固技術(shù)對(duì)橋梁工程的加固和維修，具有其它加固方法不可替代的優(yōu)勢(shì)。并且，隨著碳纖維加固和修理論的完善，通過(guò)實(shí)踐深入研究和探索碳纖維材料加固修理機(jī)構(gòu)，碳纖維材料在橋梁工程和未來(lái)其他領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。

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