維材料在橋梁加固中應(yīng)用廣泛，其具有高強(qiáng)度、高模量、輕質(zhì)等特點(diǎn)，能有效提升橋梁的承載能力與耐久性，施工時(shí)，粘貼碳纖維布要先清理破損部位混凝土，用高標(biāo)號(hào)環(huán)氧樹(shù)脂砂漿修復(fù)抹平，預(yù)涂底膠增強(qiáng)粘結(jié)強(qiáng)度，再進(jìn)行找平、打磨、涂刷粘貼膠并粘貼碳纖維布，最后涂刷面膠，預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固則是利用夾具錨將預(yù)應(yīng)力傳遞到梁體，產(chǎn)生反彎矩抵消荷載彎矩，

一、碳纖維材料在橋梁加固中應(yīng)用的背景

隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)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(shù)條件的限制，在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，受到自然環(huán)境侵蝕和車(chē)輛通行的影響，出現(xiàn)破損、老化、裂縫等問(wèn)題，無(wú)法滿足現(xiàn)代交通的載荷需求，存在安全隱患。碳纖維材料力學(xué)性能高且施工過(guò)程簡(jiǎn)單易行，在橋梁加固工程中受到廣泛關(guān)注并得到應(yīng)用。這一技術(shù)為橋梁加固提供了高效、經(jīng)濟(jì)的解決方案，使其能夠適應(yīng)現(xiàn)代交通的承載重量并安全穩(wěn)定地服役。

二、碳纖維材料的特點(diǎn)

• 碳纖維復(fù)合材料的構(gòu)成與基本特性
  • 碳纖維材料通常是由碳纖維與樹(shù)脂基材料復(fù)合制成。它的密度小、質(zhì)量輕，能夠有效降低橋梁自重載荷；同時(shí)具有很高的強(qiáng)度和韌性，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)到2400 - 3400MPa，遠(yuǎn)高于普通鋼板的拉伸強(qiáng)度。此外，還具備很好的穩(wěn)定性、抗沖擊性、耐酸堿、耐熱耐寒等優(yōu)點(diǎn)，化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，不容易受到各類化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。
• 對(duì)橋梁加固施工的優(yōu)勢(shì)
  • 在利用碳纖維對(duì)橋梁加固的過(guò)程中，施工過(guò)程簡(jiǎn)單易行。施工時(shí)不需要使用大型機(jī)器，且對(duì)橋梁的整體結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有改變，不影響正常車(chē)輛的通行。可以在不破壞原有混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，僅在結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行施工，不會(huì)改變?cè)袠?gòu)件的結(jié)構(gòu)形狀和大小，還能夠修補(bǔ)混凝土裂縫，增加混凝土結(jié)構(gòu)的使用期限，提高混凝土構(gòu)件的抗疲勞性、抗腐蝕性、抗?jié)B透能力和抗沖刷能力，同時(shí)提高構(gòu)建表面的光滑度利于水流，并且成本低廉，后期維護(hù)耗費(fèi)少。

三、碳纖維加固技術(shù)基本特性及施工方法

• 基本特性
  • 碳纖維加固技術(shù)的施工過(guò)程簡(jiǎn)單、總體成本較低。其本質(zhì)是將碳纖維材料制成碳纖維布等結(jié)構(gòu)，通過(guò)黏附樹(shù)脂等工藝將其貼合在受損橋梁的表面，從而達(dá)到降低構(gòu)件負(fù)荷、加固橋梁的作用。由于此加固技術(shù)是碳纖維布發(fā)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(diǎn)的影響，如耐酸堿、耐熱耐寒、高彈性、高強(qiáng)度、高韌性等。將碳纖維材料制成布狀結(jié)構(gòu)，還可以實(shí)現(xiàn)在外界高應(yīng)力強(qiáng)度下分散局部的應(yīng)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(shí)，粘結(jié)材料需要有穩(wěn)定性高、粘結(jié)能力強(qiáng)和高強(qiáng)耐熱等性質(zhì)，保障碳纖維布和橋梁構(gòu)件的穩(wěn)定貼合，防止兩者間的脫落和剝離，使碳纖維布長(zhǎng)久穩(wěn)定地發(fā)揮作用。
• 施工方法
  1. 基底處理
     • 根據(jù)加固施工的要求，需要對(duì)粘貼碳纖維范圍的基底進(jìn)行處理。將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損以及碳化的部位全部清除，同時(shí)對(duì)外露鋼筋的銹蝕部位進(jìn)行處理，然后對(duì)鑿除、清理、露筋的構(gòu)件殘缺部位進(jìn)行修補(bǔ)使其恢復(fù)原來(lái)的完整度。對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，如果裂縫的寬度較小（低于0.2mm），可采用環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)其進(jìn)行涂刷然后密封；如果裂縫的寬度大于0.2mm，則需要利用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行灌縫填補(bǔ)。將構(gòu)件表面突出的部分打磨平，盡量保證修復(fù)后的段差平順，采用磨光機(jī)將混凝土結(jié)構(gòu)的棱角磨成圓角（圓角的半徑應(yīng)該大于30mm）；對(duì)打磨過(guò)的構(gòu)件表面進(jìn)行沖洗，然后使其干燥到理想狀態(tài)。
  2. 涂刷底層
     • 對(duì)施工底層進(jìn)行涂刷是為了使涂料滲入到橋體中，強(qiáng)化粘結(jié)效果。在混合后，應(yīng)充分?jǐn)嚢瑁箖烧呔鶆蚧旌稀Ｓ捎谕苛媳容^易固化，因此，在涂料調(diào)配完成后，應(yīng)盡快施工，以避免涂料固化，造成浪費(fèi)。在涂刷時(shí)，應(yīng)使用滾涂的方式進(jìn)行均勻涂刷。在涂料硬結(jié)固化后，應(yīng)對(duì)涂刷表面進(jìn)行打磨處理，使表面順滑。
  3. 對(duì)構(gòu)件表面進(jìn)行修補(bǔ)
     • 采用環(huán)氧膩?zhàn)訉?duì)構(gòu)件的表面殘缺部位進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，如果構(gòu)件表面存在坑陷破壞，應(yīng)該填平至表面平整；將內(nèi)角的段差、起拱等用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)平順。
  4. 碳纖維布的粘貼
     • 根據(jù)施工面的大小對(duì)碳纖維布的形狀、尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)、裁剪。一般來(lái)說(shuō)，碳纖維布的施工長(zhǎng)度應(yīng)小于2m；在確認(rèn)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(yīng)依施工表面的平整度來(lái)決定，在轉(zhuǎn)角的位置應(yīng)多涂一些膠水，膠水涂好后靜置一會(huì)，便可將碳纖維布粘貼到施工面上。在粘貼時(shí)，碳纖維布的粘貼方向應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)程操作，在粘貼時(shí)，應(yīng)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(duì)碳纖維材料進(jìn)行運(yùn)輸、裁剪時(shí)，應(yīng)避免將其彎折，在粘貼前用直尺和刀具進(jìn)行規(guī)范裁剪，以避免材料浪費(fèi)。
  5. 養(yǎng)護(hù)
     • 碳纖維片粘貼完成以后，需要進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為24小時(shí)左右，以碳纖維加固面達(dá)到初期固化狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)。在碳纖維加固面固化養(yǎng)護(hù)期間不能受到干擾。
  6. 涂裝
     • 在樹(shù)脂硬結(jié)固化后，對(duì)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(shù)對(duì)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(gòu)件粘合，形成完整的新舊混凝土和錨桿結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)中的應(yīng)力重新均勻分布，有效地減少應(yīng)力集中，且混合的混凝土材料與原本橋梁結(jié)構(gòu)結(jié)合狀態(tài)較好，避免后續(xù)的變形斷裂等問(wèn)題。其施工一般分為5個(gè)過(guò)程：①搭設(shè)外作業(yè)支架；②清理橋梁加固表面；③加設(shè)錨桿（或安裝其他固定結(jié)構(gòu)如膨脹螺絲等）；④嵌入鋼筋結(jié)構(gòu)；⑤混凝土的噴射和養(yǎng)護(hù)。
• 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法
  • 橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法的施工步驟較為簡(jiǎn)單，將原本橋梁的受損構(gòu)件上重新加裝一層新的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，該方法不僅可以加強(qiáng)相關(guān)構(gòu)件的承載能力，還具有穩(wěn)定原本橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但在施工之前需要對(duì)原本橋梁構(gòu)件的表面進(jìn)行處理，以促進(jìn)新舊兩種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)合。
• 改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法
  • 當(dāng)橋梁的材料沒(méi)有明顯的劣化和損傷，而是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的服役，橋梁本身的結(jié)構(gòu)帶來(lái)的承載力逐步下降，達(dá)不到使用要求時(shí)，可以通過(guò)在外部加設(shè)支梁、鋪設(shè)加固鋼筋等方式加強(qiáng)橋梁的受力體系，達(dá)到加強(qiáng)橋梁承載力、保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的作用。
• 粘貼鋼板加固法
  • 粘貼鋼板加固方式是利用有機(jī)樹(shù)脂等粘結(jié)性材料將鋼板與需要加固的受損構(gòu)件的表面粘接在一起，使得鋼板參與到加固的構(gòu)件的整體中，承擔(dān)構(gòu)件的部分受力。此方法操作較為簡(jiǎn)單，且施工工期短，可以有效地加強(qiáng)構(gòu)件的力學(xué)性能，不影響構(gòu)件的本身結(jié)構(gòu)和外形，是典型的被動(dòng)加固類型之一，當(dāng)橋梁的部分構(gòu)件出現(xiàn)彎曲變形或偏心負(fù)荷過(guò)大時(shí)常常選用此方法。

五、碳纖維板在橋梁加固中的特殊優(yōu)勢(shì)

• 碳纖維板充分利用碳纖維復(fù)合材料高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，能夠避免碳纖維過(guò)早剝離，有效限制裂縫的形成及裂縫寬度發(fā)展擴(kuò)大。
• 預(yù)應(yīng)力碳板施工使用張拉錨具，使碳纖維板材受力均勻，進(jìn)而起到增強(qiáng)的作用。在橋梁上使用碳纖維板加固，能夠直接提高結(jié)構(gòu)的抗彎強(qiáng)度和承載能力，減少結(jié)構(gòu)變形量。
• 預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固施工工期短，步驟簡(jiǎn)單好操作，提高效率降低成本，并且碳纖維加固的維護(hù)周期長(zhǎng)，降低維護(hù)費(fèi)用，降低了使用成本，具有良好綜合優(yōu)勢(shì)，性價(jià)比高。

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