碳纤维增强复合材料在桥梁加固中的应用
2011-05-12 来源：筑龙网
一、加固桥梁概况
某桥梁建于上世纪七十年代，设计荷载是汽15T、挂80T，主跨是50m的双曲拱桥，边跨是17.6m肋扳拱。该桥处于城市主干道上，由于超载和雨水的剥蚀，各跨拱肋及其上立柱、纵梁均出现裂缝钢筋锈蚀现象。经鉴定，需进行加固，其中主、边跨的立柱采用粘贴300g/㎡碳纤维布加固。粘贴面积420㎡。
二、碳纤维增强复合材料加固工艺
碳纤维增强复合材料加固修补钢筋砼结构，是我国近年来发展的一种高效外部加固方法。其做法是使用改性环氧树脂类结构胶粘剂，将聚丙烯腈基（PAN基）单向高强型碳纤维布，在施工现场采取手糊办法，粘贴于被加固的钢筋砼构件表面，形成碳纤维布增强复合片材并能与钢筋砼构件共同受力，从而提高构件的承载能力。碳纤维布是增强材料承受荷载，树脂是基体材料，起固定碳纤维和传递荷载的作用。
三、碳纤维增强复合材料加固方法的特点。
3.1补强物轻而薄
常用的200g/㎡碳纤维布厚0.111㎜，300g/㎡的碳纤维布厚0.167㎜。每平方米的耗胶量约1㎏，粘结一层的厚度仅1㎜,几乎不增加原构件的截面尺寸和重量,基本保持了结构原状。
3.2适用于复杂部位
由于碳纤维布具有可裁可粘的柔软性，因此适用各种形状结构部位的加固，并能粘合服贴。
3.3施工简便快捷、工效高，施工质量易于保证
施工现场干作业，设备简便，不使用大型机械设备，不占用较多施工场地，因此，施工简单、工期短、工效高，高强、高效一举两得。
3.4抗酸碱类介质的腐蚀，具有良好的耐久性。
国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心的大量试验研究证明，碳纤维布抗酸碱类介质的腐蚀，具有良好的耐久性。
3.5可提高加固构件的延性
碳纤维增强复合材料不但可加固补强，并可提高加固构件的刚度和延性。
3.6固化养生期短，对环境干扰影响小
初期固化需1d，完全硬化大约一周。
四、碳纤维增强复合材料相关标准及规范
近年来，国家先后制定了以下标准与规范：
4.1碳纤维片材加固混凝土结构技术规程CECS146：2003
4.2结构加固修复用碳纤维片材产品标准
4.3结构加固修复用碳纤维粘贴树脂产品标准
4.4混凝土结构加固设计规范GB50367-2006
五、拱上立柱粘贴碳纤维布的施工
5.1施工工艺
5.1.1搭设脚手架，粘贴部位放线标注。
5.1.2粘贴面打磨去除碳化层至新鲜界面，锈蚀的钢筋除锈。
5.1.3粘贴界面清理与修补，清理干净保持干燥。
5.1.4涂刷底层树脂。
5.1.5涂刷浸渍树脂粘贴碳纤维布。
5.1.6末层碳纤维布表面涂刷浸渍树脂。
5.1.7树脂固化后，检测合格进行表面保护层涂装。
5.2施工设备
5.2.1表面清理用的手动砂轮机、电控箱。
5.2.2计量用的电子台称与天平。
5.2.3裁剪用的卷尺、钢直尺、剪刀、美工刀。
5.2.4涂胶用的滚筒式毛刷及脱泡滚筒。
5.2.5防护用的手套、口罩、眼镜。
5.3主要施工操作
5.3.1粘贴面的清理与修补
粘贴面打磨平整（平整度≤1㎜）去掉碳化层露出新鲜面，锈蚀的钢筋人工除锈，砼劣化剥落掉的部位使用环氧砂浆修补平整，柱角进行园化打磨处理，半径大于25㎜，粘贴面使用压缩空气抹去浮尘，再用丙酮或无水酒精擦拭表面，也可使用清水冲洗，但应使粘贴面充分干燥后，方可涂底层胶。
5.3.2涂刷底层树脂
采用滚筒刷均匀涂抹，使其浸透到砼表面，强化砼表面强度，提高浸渍树脂与基层的粘结力，并使砼与纤维之间的粘结性提高，以提高粘贴质量，并可靠传递砼与片材之间的剪力，宜在底层树脂表面指触干燥后尽快进行下道工序。
5.3.3涂刷浸渍树脂粘贴碳纤维布
将浸渍树脂均匀涂抹于粘贴部位，碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压，挤除气泡，不要往复滚动，以免损伤碳纤维布。
浸渍树脂要将碳纤维布浸透，贴好一层放置数小时，以达到脱泡浸润的效果。施工环境要求气温不要低于5℃、湿度≤85%，雨天最好不要施工，碳纤维布的搭接长度不小于150㎜。
5.3.4表面防护层涂装
树脂胶固化后，经检验合格，方可进行表面防护层的涂装。碳纤维增强复合材料不耐紫外线强光的照射，为避免阳光照射，并免遭人为挫伤，要做好表面防护工作。涂装层与碳纤维之间要粘接牢固，本工程采用107胶水泥砂浆抹面，使其外表面颜色基本一致。
六、安全操作要求
6.1碳纤维片材为导电材料，要远离电源及电气设备，防止人身触电事故发生。
6.2胶粘树脂要远离火源及高温，避免阳光的直接照射引起火灾。
6.3施工现场通风良好，操作工人做好手、眼、口、鼻的劳动保护工作。
七、质量检验
7.1目视检查
碳纤维不能空鼓、缺脂和有皱纹产生，大面积空鼓需切除，重新粘贴，小面积空鼓用针管注胶法补救。
7.2现场随机抽样做正拉粘接强度检测
现场粘结试件正拉粘结强度大于2.5Mp为合格。
八、结论
碳纤维增强复合材料特别适合公路桥梁的加固，加固期间影响桥梁正常营运时间短。工艺简便利于高空作业，在当前大量的改造加固工程中具有广阔的前景。
