碳纤维增强复合材料加固桥梁新技术

张春秋

黑龙江省北龙交通工程有限公司

摘要：随着经济与科学技术的发展，公路挑梁工程的增多推进了交通事业的发展。但是在实际工作中，由于物流行业的发展以及外界因素的影响，导致桥梁工程在投入使用之后出现各种质量问题，直接影响到桥梁工程的正常使用，缩短了桥梁工程的使用寿命。因此我们必须要根据桥梁工程的实际情况以及外界各项因素来对桥梁工程进行加固处理，从而充分发挥桥梁工程的使用价值，本文就碳纤维增强复合材料在桥梁工程加固处理中的应用进行分析，以供参考。

关键词：碳纤维；复合材料；桥梁工程；加固处理；新技术

目前，在混凝土桥梁工程中最常运用的加固方法也就是粘贴钢板法，其工作原理也就是通过粘性材料来将钢板直接粘到混凝土的构件当中，从而提高结构的承载力。在土木工程中，新材料的应用推进了新技术的发展。在20世纪70年代初，西方发达国家开始将纤维增强复合材料应用在土木工程当中，正因为这一材料具有强度大、刚度大、耐腐蚀能力好、自重轻、耐热（寒）性能好等优点而被广泛应用在混凝土结构的工程中，其修补与加固效果极好，碳纤维增强复合材料是其中运用最为广泛的一种材料。本文对此进行全面的分析。

一、碳纤维增强复合材料的概述

在碳纤维增强复合材料中，施工人员主要是运用其中高强度的连续碳纤维来加固土木工程的。在实际工作中，工作人员需要将其按照顺序进行排列，然后采用凝结材料将其固化成碳纤维板，而这就是我们通常所说的碳纤维片材，此时工作人员需要将这一材料粘贴在需要加固的构件中，以此来提高结构的承载力。

众所周知，普通的碳素钢板的拉伸强度为240MPa，而碳纤维片材的拉伸强度为2400~3400MPa。根据碳纤维片材的力学性能的差异，我们可以将其分为三种类型：高模量碳纤维片材、高强度碳纤维片材、中等模量碳纤维片材。其中高模量碳纤维片材的弹性模量虽然比较高，然是由于其伸长率比较低，因此技术人员必须要根据实际情况才选择。

在混凝土公路桥梁工程中，采用碳纤维片材进行加固处理的过程中，环氧树脂发挥着非常重要的作用，它能够在不同的温度下进行固化作用。在加固工程的过程中，如果混凝土的表面温度在10~40℃，在其中采用环氧树脂进行硬化的时间需要超过15h，而必须要在粘贴之后45分钟以上才能够保证工程的正常使用，这种性能是能够符合当前的混凝土桥梁工程的。

二、碳纤维片材在混凝土桥梁中的加固形式

一般来说，碳纤维片材主要是对混凝土桥梁工程的基本构件以及节点进行修补与加固，其应用的目的主要是为了提高混凝土构件的承载力以及刚度。另外，通过相关研究者对这一材料的试验，结果发现，在已有裂缝的混凝土桥梁工程当中，通过采用碳纤维片材可以有效的控制裂缝的发展，并且效果非常好。

碳纤维片材由于自重小、质薄、灵活等优点而被广泛应用在混凝土桥梁工程当中。在实际工作中，施工人员会根据碳纤维的性能与强度将其按照顺序排列起来，通过凝结材料将其固定，从而形成碳纤维片材，若是碳纤维的纤维向与受力向是一致的，那么其拉伸强度就会达到最高。所以为了保证碳纤维片材的拉伸强度，就需要工作人员在制作碳纤维片材的过程中合理的掌握纤维的布置方向。另外，工作人员可以对混凝土构件的承载力等进行合理的计算，然后采用合适的碳纤维片材进行加固处理，目前，碳纤维片材可以分为几种类型：连续式粘贴碳纤维片材、条带间隔粘贴碳纤维片材等。实践证明，采用条带间隔粘贴碳纤维片材的加固效果明显比整条纤维布的加固效果要好很多。

三、碳纤维片材在混凝土桥梁工程中的施工技术

1混凝土表面处理

在混凝土桥梁工程中，施工人员必须要对其表面已损坏的面层进行处理，采用相应的设备将其内部的粉尘以及其他物质去除，最后再采用清水将其冲洗干净并对其进行干燥处理。

2混凝土断面层修复

施工人员需要对混凝土表面产生的蜂窝、腐蚀等部分进行清除，如果在其中存在钢筋外露，那么施工人员应该首先对其进行防腐蚀处理，然后在采用强度与混凝土强度类似或更大的凝结材料进行修补。在施工过程中，如果存在漏水的情况，施工人员还应该采用止水条或者其他措施来进行止水处理。

3表面修正；

表面平整度凸出部分（小突起等）以切割机或砂轮机将其铲除并使其平滑。凹陷部分（打除部分）以环氧树脂或树脂砂浆填补。转角处需研磨至凸角R＝20毫米（R一曲率半径）以上，凹角则以树脂砂浆填补。

4底层涂料；

气温在5摄氏度以下，雨天或RH＞95％时，不可施工。施工范围的温度、湿度确认后，选用适当的底层涂料。施工现场空气应十分流通，严禁烟火。施工时必须要穿带保护装备（口罩、护目镜及橡皮手套）。

5碳纤维片材的粘贴；

纤维贴片预先以剪刀、刀子依所设计的尺寸大小裁好。依使用量剪裁尺寸、长度在2米以内最适当。为防止保管期间的破损，裁剪数量只裁所需使用的数量。施工面底漆的干燥程度可以指触确认。底漆施工超过1星期以上时，应以砂轮机磨平。

四、有关混凝土桥梁技术应用问题

粘贴碳纤维片材加固混凝土桥梁技术在欧洲、美国、加拿大和日本已经广泛应用，并且进行了深入的研究。我国在这方面的工程实践也是在二十世纪九十年代中期才开始，就我国公路混凝土桥梁有关粘贴碳纤维片材加固新技术应用推广的问题做如下讨论。

粘贴碳纤维片材加固混凝土桥梁是一项新技术，使得粘贴加固法成为公路桥梁快速加固方法，适合公路桥梁加固期间尽量不影响桥梁正常营运的要求。碳纤维片材轻、现场粘贴无需重型设备、施工便利，便于桥下的高空作业，可在公路桥梁上推广应用。

对于公路旧混凝土桥梁的加固方法，在工程上应用效果较好的是综合法，即以某种加固方法为主，辅以其它方法，这必须依照桥梁现场的外观检查和技术状况评定，加固设计要求而定。目前，粘贴碳纤维片材加固方法往往辅以裂缝灌浆、裂缝封闭等方法。

我国目前在工程中采用的碳纤维片材材料及配套树脂类粘结材料，是以国外进口材料为主，国产产品较少，且产品的匀质性及低树脂含量等技术指标上还有差距。这样，进口的材料单价就显高，这往往影响技术的经济决策。因此，除了应尽快采取先进技术及措施使国产产品提高质量外，在碳纤维片材加固技术应用中，应当更多从加固效果，耐久方面来考虑桥梁加固后正常运营效益与经济性。

五、结束语

在国外先进国家的科学研究工程实践基础上，结合我国公路旧桥的加固维修特点与经验，尽快编制碳纤维片材加固技术的指南，以指导工程应用。碳纤维片材加固补强公路混凝土桥梁是粘贴加固新技术，需要结合我国的工程特点进行深入研究和不断提高，使我国公路旧桥加固维修技术达到新的水平。

参考文献：

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[2]王丰彤.浅谈桥梁加固新工艺[J].科技咨询导报.2007（09）

[3]杨树伟，朱立双.浅谈碳纤维增强复合材料在桥梁补强加固中的应用[J].黑龙江交通科技.2008（05）