碳纤维加固技术 咨询：186 7023 8925刘工
1 前言
碳纤维又称高强度复合材料（Carbon Fiber Reinforced Piastics）CFRP，它加固修补混凝土结构技术是利用对混凝土有很强的渗透性和足够的粘结强度的树脂，将碳纤维布粘贴于混凝土表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物加固、补强的目的。由于它具有质量轻、减震性能好、现场粘贴无需重型设备、优良的耐化学腐蚀性、能有效地封闭混凝土的裂缝以及易施工操作方便等优点，在桥梁结构加固中得到了较为广泛的应用。已有的研究结果表明，采用碳纤维加固桥梁可有效的恢复与提高桥梁结构的承载力。
当前，随着我国交通事业的不断发展，我国20世纪中后期建造的大部分桥梁开始进入了大修期，而采用加固技术对桥梁进行加固，恢复和提高旧桥的承载力和通行力也就成了维修的重点。而纵观一些常用的加固技术，如粘贴钢板加固法、体外施加预应力等，其在一定程度上会破坏原桥的结构。而相对于这些加固技术，碳纤维加固法因其所具有的优点，开始被广泛应用于桥梁的加固工程中。
2 碳纤维加固技术的特点及其在桥梁工程中的应用
2.1碳纤维加固技术的特点
1.采用碳纤维加固法方便快捷，不需要使用大型加固机具，效率高，施工速度快，所需工作面小。因而在作业空间受限时，该优点更是其他加固方法无法比拟的。
2.将碳纤维布粘贴在混凝土表面，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，其高强高模量的特性还延缓或消除裂缝的生成和扩展，延长结构的使用寿命。
3.采用碳纤维布进行加固，不用打孔，无须设置锚固螺栓及开凿混凝土，因而不会对原结构造成新的损伤。
4.碳纤维布的自重仅为200-300g/m2，设计厚度为0.111-0.167mm，加上树脂系列的粘结材料的自重也很轻，对整个结构重量及桥下净空的影响是微乎其微。由于碳纤维布的厚度很薄，在粘贴固化后还可以涂刷一层与原结构颜色一致的涂料，因此应用于桥梁加固后不改变原有断面的大小和形状，外表轻巧美观。
5.经济耐用，加固效果好，不需要后期进行维修。
6.由于碳纤维材料本身抗疲劳性能优异，用碳纤维布加固的混凝土结构的抗疲劳性能将会提高。
7.碳纤维布是一种复合材料，几乎无腐蚀性和磁性以及其有较好的耐热性，抗腐蚀性强，应用面广，加固后的构件不仅经得起水泥碱性的侵蚀，同时也适用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性的环境，因而可以说碳纤维加固法可以应用于各种复杂工作环境中的构件加固。
8.碳纤维材料糙率低于混凝土表面糙率，在加固段可以提高水流的通过能力。
9.提高加固构件的抗渗能力和抗冲刷能力。
2.2碳纤维材料在桥梁工程中的应用
20世纪80年代末到90年代初，日本开始进行了碳纤维材料用于结构加固修补的研究，也是世界上最早采用碳纤维布进行桥梁加固的国家之一。随后，碳纤维加固技术开始在韩国、美国、欧洲、等国家得到了迅速的发展和应用。相对于美国、德国、日本等国家，我国对碳纤维加固桥梁技术的研究起步较晚。
碳纤维材料不仅可以用于桥梁上部结构的加固，也可以用于桥梁下部结构――墩台的加固，即在桥墩外面缠绕纤维，使桥墩的强度及受力状态得到明显改善，从而提高桥墩的承载能力。在进行加固时，可以将碳纤维布粘贴在混凝土梁的顶板、底板上，用于提高梁的刚度；也可以将其粘贴在混凝土梁的腹板上，用于提高梁的抗剪强度。
3 桥梁施工中碳纤维加固技术的施工要点
3.1表面处理
1.为了使加固时粘合剂和碳纤维更好地连接，在进行碳纤维的加固前可用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将加固部位表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土清除干净，露出混凝土结构层.并用修复材料将表面修复平整，确保施工面一定保持无杂物附着、无凹凸不平区域、无松散材料等。
2.按设计要求，应对桥梁的裂缝进行灌缝或封闭处理。然后待灌缝结束后将混凝土表面打磨平整，除去表层浮浆、油污等杂质。3.在桥梁转角处等较为复杂的部位时，在进行表面处理时应将其菱角部位处理并打磨成圆弧状，使其成为光滑的圆弧状。一般，要求处理后其圆弧半径不应小于2Omm。最后混凝土表面应清理干净并保持干燥。
3.2涂刷底层树脂
1.应按产品生产厂提供的工艺规定配制底层树脂。在配制树脂时应按产品使用说明规定的配比称量置于容器中，用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。
2.由于底层树脂的性质容易受到环境、温度等因素的影响，因此在配制时应根据现场实际温度决定树脂的每次拌合量，并严格控制使用时间。
3.在涂刷底层树脂时，应采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待其表面指触干燥后，即可进行下一工序的施工。
3.3找平处理
应对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，不应有棱角。转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧，半径不应小于20mm。待找平材料表面指触干燥后，尽快进行下一工序的施工。
3.4粘贴碳纤维布
1.在粘贴碳纤维布前，应根据工程的设计要求，对施工基面的宽度及大小进行准确测量，要求其沿纤维受力方向的搭接长度不应小于1O0mm。这样，即可准确地裁剪碳纤维布，也可避免在粘贴时出现基面裸露、表面褶皱或边缘翘起等现象。 2.按工艺规定的配比将主剂和硬化剂放入拌合桶内进行配制浸渍树脂，在拌合时使用电动搅拌机进行拌合，要求两种材料要均匀拌合2min以上。待浸渍树脂配制好后即可均匀涂抹于粘贴部位。
3.碳纤维的选取要符合表1中性能指标的要求，具体见表1。
表1碳纤维布主要力学性能指标
性能 碳纤维布
抗拉强度标准值fck（MPa） ≥3000
弹性模量（MPa） ≥2.1×105
延伸率（%） ≥1.4
注：单层碳纤维布纤维单位面积质量不宜小于150g/m2，不宜高于400g/m2。
4.将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，采用专用的带肋式滚刷顺纤维方向反复多次滚压，使碳纤维布和浸渍树脂充分融合，挤除布内的气泡，同时在滚压时不得损伤碳纤维布。
5.当采用多条或多层碳纤维布加固时，各条或各层碳纤维布的搭接位置宜相互错开。
3.5表面防护
1.粘贴完碳纤维布且成型后，考虑到其后期的使用寿命和保养等问题，根据工程的具体要求可在其表面人工涂抹保护涂料。如需要单纯的防止风于、延缓老化，需在碳纤维布的表面涂抹防晒漆；如果需要提高其防火性能，则需在其表面均匀涂上一层防火漆，避免高温损伤。一般，防护涂料应涂抹20-30mm厚。
2.在涂抹保护涂料时，要求涂料颜色与板底混凝土颜色一致，涂抹前应将表面清理干净，保证粘贴完碳纤维布的梁底美观。
4 碳纤维布加固时的施工注意事项
4.1在表面处理和粘贴碳纤维布前应按加固设计部位放线定位。
4.2碳纤维布配套树脂的原料应密封储存，远离火源，避免阳光直接照射。
4.3在进行混凝土病害部位的清理时，要注意不要损伤梁体原有钢筋（尤其是主筋）。
4.4碳纤维为导电材料，使用时应尽量原理气设备及电源。
4.5碳纤维布粘贴完毕后24小时内严禁扰动，达到加固效果后严禁对碳纤维有任何的人为损伤。
4.6碳纤维布施工时宜在5℃以上环境温度条件下进行；当环境温度低于5℃时，应使用适用于低温的配套树脂或采用升温处理措施。
4.7在进行碳纤维布施工时必须要穿戴保护装备（口罩、护目镜及橡皮手套）。
5 结束语
当前，随着我国经济建设的快速发展，交通量急剧增加，大部分桥梁结构经常处于超负荷的工作状态，桥梁老化速度明显加快，桥梁结构的损害情况也日益增加，这就使得桥梁维修加固的工作日益繁重。在几种加固桥梁的技术中，很多在维修过程中会破坏桥梁的现有结构，或者是有些对施工场地有特别的要求。而采用碳纤维进行桥梁的加固，其可很好地避免其他几种加固技术的缺点，提高桥梁的加固质量和效率，因此在我国桥梁的维修加固中得到了广泛的应用。但随着碳纤维加固技术的大量应用，希望工作在第一线的桥梁工程师们和施工人员可以根据实际的工作经验，进一步了解这种加固技术的优缺点，进一步完善其在桥梁加固中的应用。相信随着我国桥梁建设的不断发展，碳纤维加固技术会有更好的发展潜力。