摘要：随着经济的快速发展，人口规模的迅速增加，我国的交通已出现大片的拥挤现象。过去的道路桥梁已经不能负荷现代交通所带来的压力，老旧的公路桥梁也出现了破损、老化的现象。总之，我国的道路桥梁到了需要重新建设以及修缮的时候。碳纤维复合材料因本身的质量轻、韧性强等特点被广泛的应用在公路桥梁的加固中，加固效果明显。碳纤维复合材料的应用属于加固技术的革新，在我国有较大的发展、应用前景。
关键词：碳纤维材料；公路桥梁；加固工程
经济的发展以及人口规模的急速扩张是汽车行业迅速发展的主要因素。汽车种类以及承载量的不断增加，这就给我国现有的公路桥梁带来不可预计的压力。我国现有的公路桥梁是参照旧的施工标准进行设计和建造的，大多数的公路桥梁是不能承载现在汽车体量，同时，这类公路桥梁的数量逐年的增加。为了继续发挥这类公路桥梁的使用价值，需要想办法对其进行加固。暂不提以往的加固方法，碳纤维复合材料加固法的传入，使得公路桥梁的加固技术有了较大的革新。
一、碳纤维复合材料的特点以及加固作用的优点
（一）碳纤维复合材料的特点
碳纤维复合材料是一种新型的材料，它是由碳纤维、酯类物质以及其他的化学物质聚合而成，呈现出较好的力学性能，其力学性能详见表1[1]。碳纤维复合材料具有很多的优点，如质量轻、强度大、韧性强、耐腐蚀、抗辐射等。碳纤维复合材料与钢相比，碳纤维复合材料有极强的抗拉性，但碳纤维比重却不到钢的四分之一。同时，碳纤维复合材料的稳定性极高，在大于500℃的高温下，其性能维持不变。碳纤维复合材料的最早被应用在航天、国防领域，进而应用到公路桥梁的加固领域。
表1 碳纤维的力学性能
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(二) 碳纤维复合材料的加固公路桥梁的优点
与传统用作公路桥梁加固材料的钢筋、水泥相比，碳纤维复合材料的加固优势明显，具体优点如下：
1.使用时，无需改变断面和恒载的尺寸，仍能保持通行作用。
2.它轻薄的特点不会占用多余的桥下空间。
3.它的可塑性极高，能够用于不同形状的构建。
4.它具有极强的耐腐蚀性。
5.它抗拉性强、质量轻，可根据受力情况进行多层粘贴。
6.施工操作简单，可减少对交通的影响。
7.加固方式不受运输长度及公路桥梁的限制。
8.加固成本低，节约投入成本。
在使用碳纤维复合材料进行公路桥梁加固时，对工程管理负责人以及施工技术人员都有一定的要求。工程管理负责人要善于组织领导，要合理的、科学的进行施工准备工作、桥面路面处理工作、加固材料的配置工作以及后期的表面养护工作。而施工技术人员不光要有专业知识的做储备，还要有用碳纤维复合材料加固的经验。
二、使用碳纤维复合材料进行公路桥梁加固的原理
最早，钢筋、混凝土是公路桥梁加固工程的主要材料。随着国外先进技术的引进，碳纤维复合材料被证明也可在公路桥梁的加固工程中。其实，这几个材料的加固原理是没有大的差异的。
首先，钢筋、混凝土有较好的融合性，在受到外部压力时共同挤压变成协调物质。碳纤维由于其较好的粘粘性能够和混凝土结合能实现更大的融合，其二者结合的抗剪性要强于混凝土单独的抗剪性[2]。一般情况下，将粘结树脂涂在混凝土表面，粘结树脂渗入后组成一种新的稳定结构，可使混凝土的强度增加，加之与碳纤维进行有效的结合，能迅速提高剪力。
其次，碳纤维与钢筋在弹性模量和抗拉性上有较高的相似性。所以，在钢筋、混凝土上用碳纤维复合材料进行加固时不会产生问题的。同时，碳纤维的抗拉性要优于钢筋，在加固过程中可弥补钢筋的短板。
再次，混凝土本身是碱性物质，对钢筋不具有腐蚀性，二者较好的相容性也是二者被选做加固材料的原因之一。前面已经提到碳纤维在高于500℃的情况下，仍具有较高的稳定性，且其有较高的耐腐蚀性。碳纤维应用在原有的结构上，会加强原结构物的加固作用。
最后，钢筋、混凝土能够很好地在一起是由于相近的特性比较多，比如说二者的受热膨胀系数就十分相近，这使得二者在受热后的膨胀力不会给对方造成很大的影响。碳纤维的耐热性极强，它受热后的膨胀系数是十分低的，几乎不受外部升温的影响。
三、碳纤维复合材料应用在公路桥梁加固工程中
近些年，受自然环境的影响以及汽车使用数量的逐年增加，给公路桥梁带来了不小的破坏。从一些数据来看，一些修缮加固后的公路桥梁的破坏情况也不容小觑。为了充分发挥公路桥梁的使用价值以及延长其使用周期，公路桥梁加固工程要迅速开展。在公路桥梁加固工程的进展过程中，技术施工人员已经总结了许多的加固方法，如粘贴钢板法、体外预应力加固法、改变结构体系加固法等。在过去公路桥梁加固工程中最常用的是粘贴钢板法，粘贴钢板法操作简单，加固效果相对较好，但其仍有耐腐蚀性低、质量大的弊端。碳纤维复合材料作为一种新型的公路桥梁加固材料，其具有抗腐蚀、抗高温、质量轻、韧性强的优点。与钢板相比，碳纤维复合材料的优势明显，所以，钢板作为加固公路桥梁的材料正逐渐的被替代。同时，公路桥梁加固工程材料的改变其实是一种技术上的革新。具体碳纤维材料是如何应用在公路桥梁的加固工程中的，笔者做简单的介绍。
（一）对基底表面的处理
在用碳纤维复合材料进行加固工程时，尤其是对基底表面的处理时要牢记以下事项：①确保施工温度、湿度的适宜。将温度控制在高于5℃，低于35℃；将含水率控制在4%之内及相对湿度控制在85%之下。②如出现加固结构开裂的现象，要在封闭的环境下进行专业的处理。③地基表面存在较多污染物及杂质时，应对加固结构进行清理、打扫，在结构层露出本来面目后进行专业的修补处理。④基面出现较大的破坏如有基面凹陷、凸起、缺损等情况时，应先用环氧树脂砂浆修复基面的平整或可用磨片角磨机进行打磨。
（二）底胶的涂刷
使用滚筒进行底胶涂刷时要注意涂抹的均匀和不遗漏，同时注意涂刷的部分要大于碳纤维复合材料的横截面。在涂刷的1小时以后，对涂刷表面进行观察，如有毛刺出现要用砂纸进行打磨。在涂刷的7小时以后，将底胶进行去除，并重新涂刷。
（三）找平处理
在做找平处理时，可先用手指尝试表面的干燥程度在进行下一步的检查。如有坑洼、损坏、部位先进行刮填的修复，对凸起的部位用砂纸进行打磨，尤其注意的是，凹陷拐角部位要做些过渡意义的填补[3]。
（四）碳纤维布的粘贴
浸渍树脂粘贴是粘贴纤维布的主要方式。值得注意的是：1.要确定剪裁的尺寸，之后再进行粘贴。2.依据加固标准在进行涂布，保证粘结胶的使用不浪费。3.按照一定的比例加入粘结剂、固化剂并进行搅拌，在涂好后覆上碳纤维布并用滚筒滚压，使其充分接触。
（五）自然养护及防护处理
在完成加固施工后，要进行自然养护。同时，保证在施工之后的1天内受到破坏和干扰。加固工程分为很多到程序，每道程序之后也要采取相应的措施以免受到自然环境的影响。
四、结语
综上所述，碳纤维复合材料以其自身特有的性能优势逐渐代替了钢板在公路桥梁中的使用，这是一种技术革新。目前，我国的公路桥梁承载力与日益提高的汽车体量成反比。为了解决这个矛盾，我们应该在碳纤维复合材料的使用的基础上再做技术创新，以推动我国交通事业的顺利发展。
参考文献：
[1]孙伟荣.碳纤维复合材料在公路桥梁加固工程中的应用[J].交通世界(运输.车辆), 2015(5):78-79.
[2]谭振东.碳纤维复合材料在公路桥梁加固中的应用[J].交通运输研究, 2014, 42(1):43-45.
[3]王文义,徐显亮,张洪池,等.碳纤维复合材料在桥梁加固中的应用研究[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015(25).
论文作者:王雷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/12
标签：碳纤维论文; 桥梁论文; 复合材料论文; 公路论文; 钢筋论文; 工程论文; 混凝土论文; 《基层建设》2018年第29期论文;