碳纖維材料在橋梁加固中的應用，碳纖維材料，橋梁加固的新興力量與

05-087閱讀0評論連云港鋼結構設計公司

維材料在橋梁加固中應用廣泛，其具有高強度、高模量、輕質等特點，能有效提升橋梁的承載能力與耐久性，施工時，粘貼碳纖維布要先清理破損部位混凝土，用高標號環氧樹脂砂漿修復抹平，預涂底膠增強粘結強度，再進行找平、打磨、涂刷粘貼膠并粘貼碳纖維布，最后涂刷面膠，預應力碳纖維板加固則是利用夾具錨將預應力傳遞到梁體，產生反彎矩抵消荷載彎矩，

一、碳纖維材料在橋梁加固中應用的背景

隨著交通運輸行業的發展，橋梁所要求的承載能力不斷提高。許多早期建造的橋梁由于材料和技術條件的限制，在長期服役過程中，受到自然環境侵蝕和車輛通行的影響，出現破損、老化、裂縫等問題，無法滿足現代交通的載荷需求，存在安全隱患。碳纖維材料力學性能高且施工過程簡單易行，在橋梁加固工程中受到廣泛關注并得到應用。這一技術為橋梁加固提供了高效、經濟的解決方案，使其能夠適應現代交通的承載重量并安全穩定地服役。

二、碳纖維材料的特點

碳纖維復合材料的構成與基本特性
- 碳纖維材料通常是由碳纖維與樹脂基材料復合制成。它的密度小、質量輕，能夠有效降低橋梁自重載荷；同時具有很高的強度和韌性，其拉伸強度可達到2400 - 3400MPa，遠高于普通鋼板的拉伸強度。此外，還具備很好的穩定性、抗沖擊性、耐酸堿、耐熱耐寒等優點，化學結構比較穩定，不容易受到各類化學物質的腐蝕。
對橋梁加固施工的優勢
- 在利用碳纖維對橋梁加固的過程中，施工過程簡單易行。施工時不需要使用大型機器，且對橋梁的整體結構幾乎沒有改變，不影響正常車輛的通行。可以在不破壞原有混凝土結構的基礎上，僅在結構表面進行施工，不會改變原有構件的結構形狀和大小，還能夠修補混凝土裂縫，增加混凝土結構的使用期限，提高混凝土構件的抗疲勞性、抗腐蝕性、抗滲透能力和抗沖刷能力，同時提高構建表面的光滑度利于水流，并且成本低廉，后期維護耗費少。

三、碳纖維加固技術基本特性及施工方法

基本特性
- 碳纖維加固技術的施工過程簡單、總體成本較低。其本質是將碳纖維材料制成碳纖維布等結構，通過黏附樹脂等工藝將其貼合在受損橋梁的表面，從而達到降低構件負荷、加固橋梁的作用。由于此加固技術是碳纖維布發揮主要作用，所以其基本特性很大程度受到碳纖維材料本身特點的影響，如耐酸堿、耐熱耐寒、高彈性、高強度、高韌性等。將碳纖維材料制成布狀結構，還可以實現在外界高應力強度下分散局部的應力集中的作用，避免了碳纖維布在受到大載荷下的裂紋和失效。同時，粘結材料需要有穩定性高、粘結能力強和高強耐熱等性質，保障碳纖維布和橋梁構件的穩定貼合，防止兩者間的脫落和剝離，使碳纖維布長久穩定地發揮作用。
施工方法
1. 基底處理
  - 根據加固施工的要求，需要對粘貼碳纖維范圍的基底進行處理。將混凝土構件表面的殘缺、破損以及碳化的部位全部清除，同時對外露鋼筋的銹蝕部位進行處理，然后對鑿除、清理、露筋的構件殘缺部位進行修補使其恢復原來的完整度。對裂縫進行修補時，如果裂縫的寬度較小（低于0.2mm），可采用環氧樹脂對其進行涂刷然后密封；如果裂縫的寬度大于0.2mm，則需要利用環氧樹脂進行灌縫填補。將構件表面突出的部分打磨平，盡量保證修復后的段差平順，采用磨光機將混凝土結構的棱角磨成圓角（圓角的半徑應該大于30mm）；對打磨過的構件表面進行沖洗，然后使其干燥到理想狀態。
2. 涂刷底層
  - 對施工底層進行涂刷是為了使涂料滲入到橋體中，強化粘結效果。在混合后，應充分攪拌，使兩者均勻混合。由于涂料比較易固化，因此，在涂料調配完成后，應盡快施工，以避免涂料固化，造成浪費。在涂刷時，應使用滾涂的方式進行均勻涂刷。在涂料硬結固化后，應對涂刷表面進行打磨處理，使表面順滑。
3. 對構件表面進行修補
  - 采用環氧膩子對構件的表面殘缺部位進行修補時，如果構件表面存在坑陷破壞，應該填平至表面平整；將內角的段差、起拱等用環氧膩子填補平順。
4. 碳纖維布的粘貼
  - 根據施工面的大小對碳纖維布的形狀、尺寸進行設計、裁剪。一般來說，碳纖維布的施工長度應小于2m；在確認自然條件滿足施工要求后，用滾筒在施工表面涂刷膠水。膠水的使用量應依施工表面的平整度來決定，在轉角的位置應多涂一些膠水，膠水涂好后靜置一會，便可將碳纖維布粘貼到施工面上。在粘貼時，碳纖維布的粘貼方向應嚴格按照規程操作，在粘貼時，應用滾刷不斷施加壓力，滾筒的碾壓力度和速度要盡量保持不變，使碳纖維布與膠水充分接觸。此外，在對碳纖維材料進行運輸、裁剪時，應避免將其彎折，在粘貼前用直尺和刀具進行規范裁剪，以避免材料浪費。
5. 養護
  - 碳纖維片粘貼完成以后，需要進行自然養護，養護時間為24小時左右，以碳纖維加固面達到初期固化狀態為標準。在碳纖維加固面固化養護期間不能受到干擾。
6. 涂裝
  - 在樹脂硬結固化后，對橋梁加固的施工表面，可按需要涂耐火涂料或是其他顏色的涂料。

四、碳纖維材料與其他橋梁加固技術對比

錨噴混凝土加固法
- 錨噴混凝土加固法是將新制的混凝土和嵌入的鋼筋一同與橋梁構件粘合，形成完整的新舊混凝土和錨桿結構，一同將其噴射黏附在橋梁加固部位。這種方法可以使原本受損的結構中的應力重新均勻分布，有效地減少應力集中，且混合的混凝土材料與原本橋梁結構結合狀態較好，避免后續的變形斷裂等問題。其施工一般分為5個過程：①搭設外作業支架；②清理橋梁加固表面；③加設錨桿（或安裝其他固定結構如膨脹螺絲等）；④嵌入鋼筋結構；⑤混凝土的噴射和養護。
橋面補強層加固法
- 橋面補強層加固法的施工步驟較為簡單，將原本橋梁的受損構件上重新加裝一層新的鋼筋混凝土結構，該方法不僅可以加強相關構件的承載能力，還具有穩定原本橋梁結構的優點，但在施工之前需要對原本橋梁構件的表面進行處理，以促進新舊兩種鋼筋混凝土結構的結合。
改變結構受力體系加固法
- 當橋梁的材料沒有明顯的劣化和損傷，而是經過長時間的服役，橋梁本身的結構帶來的承載力逐步下降，達不到使用要求時，可以通過在外部加設支梁、鋪設加固鋼筋等方式加強橋梁的受力體系，達到加強橋梁承載力、保護橋梁結構的作用。
粘貼鋼板加固法
- 粘貼鋼板加固方式是利用有機樹脂等粘結性材料將鋼板與需要加固的受損構件的表面粘接在一起，使得鋼板參與到加固的構件的整體中，承擔構件的部分受力。此方法操作較為簡單，且施工工期短，可以有效地加強構件的力學性能，不影響構件的本身結構和外形，是典型的被動加固類型之一，當橋梁的部分構件出現彎曲變形或偏心負荷過大時常常選用此方法。