摘要：近年来，碳纤维布加固桥梁混凝土结构的研究及其应用在我国得到了飞速的发展。碳纤维布具有强度高、自重轻、施工方便、快捷、应用范围广等优良性能，因而在桥梁工程中有着广泛的发展前景。本文结合工程实例探讨其在桥梁结构加固工程中的应用。
关键词：粘贴碳纤维；加固；桥梁
随着我国经济的迅速发展，交通量也在迅速增长。过于沉重的交通量致使公路交通工程出现断裂、破损、跳车等各种病害，这些病害的存在大大降低了公路的行车舒适度。采用加固技术既可以解决这些病害，也可以达到经济的目的。
2 碳纤维布的特点
2.1材料质轻高强：抗拉强度3200～3800MPa，为同截面钢材的10倍以上，比重2.0～3.0g/cm3，单层厚度0.15～0.2mm，用粘结剂将它与结构物粘贴后形成一体，厚度仅为2mm左右，基本上不增加构件截面，而结构物自重的增加几乎可以忽略，能可靠地保证与原钢筋混凝土构件共同工作，获得优异的补强效果；适用面广，广泛适用于建筑物桥梁隧道等各种结构类型、结构形状的加固修复和抗震加固及节点的结构加固。
2.2施工便捷：占用场地少，无需大型机具，无需现场固定设施，施工工效高，工期短、对道路通行影响较小。
2.3高耐久性：不会生锈，非常适合高酸、碱、盐及大气腐蚀环境中使用，还具有抗疲劳强度高，耐磨损、抗老化等优点。
3工程概况
该桥为城市支路桥，结构形式为单跨混凝土简支梁桥，南北向布置，跨径为5.7m。上部结构为整体式板，下部结构为重力式桥台，由于长期超负荷运营，出现了一下主要病害：
（1）梁板底面有一条贯通裂缝，裂缝宽约2mm，并有发展趋势；
（2）梁底局部出现保护层脱落露筋现象，并有多条横向不规则裂缝；
（3）台帽多处出现裂缝，台帽表面存在蜂窝现象；
（3）桥面铺装出现裂缝；
（4）伸缩缝区域混凝土出现不同程度的破坏。
其中梁底裂缝严重影响桥梁使用寿命及通行安全，需作为关键病害进行处理，确定采用粘贴碳纤维布进行加固。
4加固原理
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结剂后，各碳纤维丝能很好地共同工作，大大提高碳纤维布的抗拉强度，故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作，因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用，它既要确保各碳纤维丝共同工作，同时又确保碳纤维布与结构共同工作，从而达到加固的目的。
5施工工艺
5.1 施工准备。
对需补强加固部位的混凝土表面清理及找平、基底树脂的涂刷、碳纤维布的粘贴、养护、表面整饰以及节点情况进行充分设计和研究，并对使用材料、配套树脂、机具做好准备工作；
5.2 表面处理。
（1）清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整。
（2）按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
（3）被粘贴混凝土表面应打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出结构新面，基面平整度应达到5mm/m。转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm。
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（4）将混凝土表面清理干净并保持干燥。
5.3 涂刷基底树脂。
按照规定的配合比将底层树脂准备好，将固化剂倒入树脂。注意必须将全部固化剂倒入树脂中，将两种组分进行混合的最好方法是用一台电动搅拌器（转速小于500转/分钟）进行搅拌，搅拌时应尽可能彻底充分，以使固化剂和树脂充分混合，以至达到均匀，没有色差分层为止。
底层树脂应用滚筒刷或特制的毛刷均匀涂刷在已用丙酮擦净的混凝土表面，调好的树脂应在规定的时间内用完。
5.4 找平处理。
（1）配制找平材料。
（2）混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有楞角。
（3）转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧，半径不小于20mm。
（4）待找平材料表面指触干燥时即进行下一步工序施工。
5.5 粘贴碳纤维布。
按照规定的配合比将浸渍树脂准备好，将固化剂倒入树脂，并搅拌均匀，然后将配置好的浸渍树脂均匀涂刷于需要粘贴部位的混凝土表面。按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布；将裁剪好的碳纤维布粘贴在涂有浸渍树脂的基层上。用特制的滚筒或其它合适的工具沿纤维方向在已贴碳纤维布的面上多次滚压，使树脂充分浸透碳纤维布，且使其平整，无气泡。
当需多层粘贴时，逐层重复上述步骤，但应在碳纤维布表面指触干燥后立即进行下一层的粘贴。如超过60分钟，则应等12小时后，再涂刷浸渍树脂粘贴下一层。最后一层碳纤维布的表面应均匀涂抹一层浸渍树脂。
5.6 清洗工作。
任何超过15分钟的间断都要将所有工具用洗液进行彻底而仔细的清洗。
6检验及验收
（1）碳纤维片材实际粘贴尺寸不应少于设计量，位置偏差不应大于2cm。
（2）碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面方法来判断，总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积小于100cm2时，可采用针管注胶的方式进行补救。空鼓面积大于100cm2时，宜将空鼓处的碳纤维片材切除，重新搭接贴上等厚的碳纤维片材。
7施工安全及注意事项
（1）碳纤维片材为导电材料，使用碳纤维片材时应尽量远离电气设备及电源。
（2）使用中应避免碳纤维片材的弯折。
（3）碳纤维片材配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
（4）树脂的配制和使用场所，应保持通风良好。
（5）现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。
碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，施工占用场地少，在施工工期、施工条件方面具有明显的优势。碳纤维加固法加固效果好，高强高效，适用面广，质量易保证，耐腐蚀及耐久性能极佳。采用碳纤维加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。碳纤维加固具有轻质、高强、抗腐蚀、耐老化、耐久性好、物理性能稳定等诸多优点，能适应各种复杂的结构外形，不影响原结构的外观等诸多优点，已在桥梁混凝土结构修复加固补强工程中得到广泛的应用。
8结语
碳纤维布加固修复结构技术是近年来在国内外快速发展的一种结构加固修复新技术，并已得到证实碳纤维布加固钢筋混凝土构件对防止斜裂缝开展、提高受剪承载力、改善构件延性具有良好的效果。碳纤维布与钢材比，强度约高10倍，比重约为1/5，高强度，分量轻，并且具有耐腐蚀性，作业简单，施工时间短，成本相对低，效果性能优良等优点，现在被广泛应用于工程领域。
参考文献
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[5]王荣霞，邢妍，白彦刚.混凝土加大桥梁截面法和碳纤维加固桥梁的研究[J].河北工业大学学报，2004（03）：59-63.
论文作者:柯美波
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/13
标签：碳纤维论文; 树脂论文; 结构论文; 表面论文; 桥梁论文; 混凝土论文; 固化剂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;