碳纖維復合材料加固橋梁公路的新技術

2023-01-31

自然環境各種因素的影響施工質量和實踐交通組成改變及超載車輛的作用，已建的混凝土橋梁結構可能會呈現承載才能缺乏、混凝土外表裂縫等問題。這些混凝土橋梁中絕大部分能夠經過加固改造就能進步或改進結構受力功能，從頭投入運用。

張貼鋼板法是公路混凝土橋梁常用的加固辦法，一般是選用環氧樹脂或專門結構膠將鋼板直接張貼在混凝土構件外表，使之與構件構成受力全體。土木工程中的新技能往往來自新資料的運用。自上世紀七十年代末初期，歐洲進行纖維增強復合資料（FRP）在土木工程運用研討以來，具有極好的比強度和比剛度、優異耐腐蝕性的纖維增強復合資料已廣泛用于混凝土結構的張貼加固工程，構成了纖維增強復合資料補強加固已有混凝土橋梁的新技能，其間碳纖維增強復合資料（CFRP）運用更多。

資料的根本特性

碳纖維增強復合資料補強加固所選用的根本資料是高強度或高彈性模量的接連碳纖維，單向擺放成束，用環氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經樹脂浸漬固化的碳纖維布，總稱碳纖維片材。將片材用專門制造的張貼樹脂或浸漬樹脂張貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位外表，樹脂固化后與原構件構成新的受力復合體，一起作業。

1、碳纖維片材；

片材碳纖維資料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與一般碳素鋼板拉伸強度為240MPa比較，片材的拉伸強度很高。

片材碳纖維資料的彈性模量依片材力學功能不同，碳纖維片材依力學功能分紅高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。

比較之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，闡明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結構安穩，自身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕，有杰出的耐寒和耐熱性。

2、配套樹脂類粘結資料；

混凝土結構加固修補配套樹脂體系包含底層涂料，用于滲透過混凝土外表，促進粘結并構成長時刻耐久界面的根底；油灰，用于填充整個外表空地并構成平坦外表以便運用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結樹脂，前者用于碳纖維布張貼，后者用于碳纖維板張貼。

浸漬樹脂或張貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件外表并與之嚴密地結合在一起構成全體一起作業的要害，因而，樹脂同混凝土的張貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。

就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技能而言，環氧樹脂在不同施工環境溫度下固化功能有非常重要的含義，因為這涉及到張貼作業質量與怎么盡量削減橋上正常交通中止時刻嚴密相關。選用專配的環氧樹脂資料，在混凝土施工外表溫度（10～40）攝氏度時，張貼環氧樹脂固化時刻約15小時以上，但張貼后就能夠運用的時刻為45分鐘以上，專配的環氧樹脂資料的這一功能是徹底合適混凝土橋梁的加固作業。

碳纖維片材加固橋梁的辦法碳纖維片材首要用于混凝土橋梁的根本構件和節點的加固補強，其加固的作用首要是進步構件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力；進步構件的剛度以及延性。除此之外，許多室內及現場實驗證明，碳纖維片材加固的混凝土構件裂縫寬度開展能夠得到操控。

因為碳纖維片材，特別是碳纖維布質量輕且厚度薄，具有必定柔度，在混凝土橋的有關部位加固較靈敏。碳纖維片材因碳纖維擺放方向不同而使各方向拉伸強度不相同，碳纖維片材的纖維向與受力向相一起，其拉伸強度最高，反之，纖維方向與受力方向筆直時，其強度最低。因而，在選用碳纖維片材進行加固規劃中，有必要正確把握纖維的安置方向。依據混凝土構件加固核算，能夠選用接連式張貼或條帶距離張貼碳纖維片材的辦法。研討標明，分條加固的作用要優于整條布的加固作用。

張貼碳纖維片材加固施工技能

1、面層處理；

混凝土外表的劣化層（例如風化、游離石灰、脫模劑、剝離的砂漿、粉刷層、污物等）有必要用砂輪機去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機與毛刷將待補強區的粉塵及松動物質會除，用水洗凈后，有必要使其充沛枯燥。

2、斷面批改；

將混凝土面層的不良部分（例如脫落、孔隙、蜂窩、腐蝕等）根除。若有鋼筋顯露景象，有必要先做好防蝕處理，再以強度持平或大于混凝土的環氧樹脂砂漿資料修補。裂縫以環氧樹脂灌注。裂縫或打除部分若有漏水景象時，應先做好止水、導水處理。

3、外表批改；

外表平坦度凸出部分（小突起等）以切割機或砂輪機將其根除并使其滑潤。洼陷部分（打除部分）以環氧樹脂或樹脂砂漿添補。轉角處需研磨至凸角 R＝20毫米（R一曲率半徑）以上，凹角則以樹脂砂漿添補。

4、底層涂料；

氣溫在5攝氏度以下，雨天或RH＞95％時，不行施工。施工規模的溫度、濕度承認后，選用恰當的底層涂料。施工現場空氣應非常流轉，嚴禁煙火。施工時有必要要穿帶維護配備（口罩、護目鏡及橡皮手套）。

5、碳纖維片材的張貼；

纖維貼片預先以剪刀、刀子依所規劃的尺度巨細裁好。依運用量取舍尺度、長度在2米以內最恰當。為避免保管期間的破損，裁剪數量只裁所需運用的數量。施工面底漆的枯燥程度能夠指觸承認。底漆施工超越1星期以上時，應以砂輪機磨平。

將環氧樹脂的主劑（A劑）和硬化劑（B劑）依所規則的配比放置于拌合桶中，運用電動攪拌機，使其均勻的混合（約2分鐘）。一次的拌合量為在可運用時刻的施工量，超越可運用時刻的資料，不行運用。

環氧樹脂用毛刷滾輪均勻涂布（涂布底漆上）。涂布量隨施工面的外表粗糙程度會有所改變，轉角部分要多涂。強化纖維張貼于樹脂涂布面后，以毛刷滾輪和橡皮刮刀順著纖維方向用力推平，使樹脂滲透并去除氣泡，纖維（長向）方向的搭接長度至少要留10厘米，短向則不必留。張貼后放置30分鐘，若纖維有浮出或脫線景象產生時，以滾輪或橡皮刮刀壓平批改。

兩層以上的強化纖維相疊貼時，重復過程。施工現場空氣應非常流轉，嚴禁煙火。施工時有必要要穿戴維護配備（口罩、護目鏡及橡皮手套）。

有關混凝土橋梁技能運用問題張貼碳纖維片材加固混凝土橋梁技能在歐洲、美國、加拿大和日本現已廣泛運用，而且進行了深化的研討。我國在這方面的工程實踐也是在二十世紀九十年代中期才開端，就我國公路混凝土橋梁有關張貼碳纖維片材加固新技能運用推行的問題做如下評論。

1、張貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項新技能，使得張貼加固法成為公路橋梁快速加固辦法，合適公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運的要求。碳纖維片材輕、現場張貼無需重型設備、施工便當，便于橋下的高空作業，可在公路橋梁上推行運用。

2、關于公路舊混凝土橋梁的加固辦法，在工程上運用作用較好的是綜合法，即以某種加固辦法為主，輔以其它辦法，這有必要按照橋梁現場的外觀查看和技能情況鑒定，加固規劃要求而定。現在，張貼碳纖維片材加固辦法往往輔以裂縫灌漿、裂縫關閉等辦法。

3、我國現在在工程中選用的碳纖維片材資料及配套樹脂類粘結資料，是以國外進口資料為主，國產產品較少，且產品的勻質性及低樹脂含量等技能指標上還有距離。這樣，進口的資料單價就顯高，這往往影響技能的經濟決議計劃。因而，除了應趕快采納先進技能及辦法使國產產品進步質量外，在碳纖維片材加固技能運用中，應當更多從加固作用，耐久方面來考慮橋梁加固后正常運營效益與經濟性。

4、在國外先進國家的科學研討工程實踐根底上，結合我國公路舊橋的加固修理特色與經歷，趕快編制碳纖維片材加固技能的攻略，以輔導工程運用。碳纖維片材加固補強公路混凝土橋梁是張貼加固新技能，需求結合我國的工程特色進行深化研討和不斷進步，使我國公路舊橋加固修理技能到達新的水平。

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