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桥梁结构碳纤维加固技术与应用
一前言
中国桥梁工程的发展已具有-，公路交通量不断增加，行车密度及车辆载重越来越大，公路桥梁负荷日趋加重。有一部分公路桥梁是中国20世纪80年代以前修建的，因其设计荷载标准偏低，普遍存在承载力不足的问题。而20世纪80年代以后修建的，其中已有不少桥梁暴露出缺陷，更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能-退化的现象，影响其承载能力和使用寿命。因此，采用适当的加固和改造技术措施，恢复和提高桥梁的承载能力及通行能力，延长桥梁的使用寿命，以适应现代化交通运输的需要变得十分迫切。任何一种加固方法都不是,碳纤维加固与粘钢加固是在原构件基础上进行的，原结构的截面尺寸、配筋、混凝土强度等级-了发挥作用的程度。
二碳纤维材料特性
碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定的制作工艺与特定的树脂材料复合而制成的，其力学特点是应力应变量完全线弹性，不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异的物理力学性能。加固混凝土构件所用的碳纤维布，是由碳纤维长丝经编织而制成的柔软片材。碳纤维布在编织时，将大量的碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺，用的非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起，形成很薄的以主纤维方向受力的碳纤维布。碳纤维布的抗拉强度标准值应大于3000mpa，弹性模量大于2.0×l05mpa.综合材料的物理、力学特性分析，要想大限度地发挥材料自身的优势，适宜将cfrp材料作为桥梁结构的受拉或预应力受弯构件，-适用于纯受拉构件，工程实践也证明了这一点。性能：短切玄武岩纤维拥有高轴向的抗拉强度和高模量的优-能，其抗拉强度为1050-1250mpa，弹性模量大于34gpa。目前，用于桥梁加固的碳纤维材料主要是承受拉应力，约束裂缝的开展。
三碳纤维加固补强的施工工艺
1、根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理
(1)将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行-的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原；
(2)裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；
(3)将构件表面凸出部分模板的段差等打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角；
(4)清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
2、底层涂刷底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内
(1)把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准；
(2)用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料；
(3)底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光；
(4)注意在气温小于5℃，相对湿度大于85，砼表面含水率在8%以上，有结露可能而无--措施时，均不得施工。
3、环氧结构胶对构件表面残缺的修补
(1)构件表面凹陷部位应用环氧结构胶填平，修复至表面平整；
(2)内角段差、起拱等要用环氧结构胶填补使之平顺。
4、贴碳纤维
(1)为了防止碳纤维受损，在碳纤维运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折；
(2)碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接；
(3)按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂；
(4)贴碳纤维时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。
5、养护
粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并-固化期间不受干扰。
6、涂装
根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。
四碳纤维加固处理要点
在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以下施工工序进行加固施工。
1、破损面混凝土表面处理：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。
2、按设计要求对破损面钢筋处理后用环氧树脂裂缝胶进行灌缝或封闭处理，并-钢筋保护层厚度不小于15mm.利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。目前的加固手段是将cfrp非常紧密地粘贴到试件的表面，当试件的表面有一-定的曲率时，cfrp在受拉的同时还将受到一个由曲率引起的剥离应力。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，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.
3、涂刷底层树脂：用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。
4、找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。
5、粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。碳纤维加固胶一些重要的操作要点：1施工环境通风干燥必不可少，粘贴面洁净是基本的操作要求、打磨要粗糙-，油污的地方要用清水清洗干净。如超过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。
6、在后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
7、-时进行表面防护及外观处理。
五注意事项
1、碳纤维片材选择注意事项
碳纤维片材的编织均匀性，将直接影响加固。碳纤维束只有分布排列均匀，加工成复合材料后才能起到整体均匀受力的作用，若材质的均匀性不好，则构件受力后到之纤维片拒不受力不均，使碳纤维补强的效果不能充分发挥出来。采用电锤钻孔时应-钻孔中心线与混凝土梁面垂直，钻孔中心位置偏差不超过3mm。因此，选择均匀性较好的碳纤维片材，是加固的关键。
2、碳纤维片材粘贴注意事项
在表面处理和粘贴碳纤维片材前，应按加固设计部位放线定位。
按设计要求的尺寸裁剪碳纤维片材，裁剪后的织物宽度不宜小于150mm且不应小于100mm.
将碳纤维片材表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时，对底层碳纤维片材两面均应擦拭干净。
擦拭干净的碳纤维片材应立即涂刷粘结树脂，胶层应呈凸起状，平均厚度不小于2mm.
将涂有粘结树脂的碳纤维片材用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡胶滚筒顺纤维片材方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，-密实无空洞。当平行粘贴碳纤维时，两片之间孔隙应不小于5mm.
需粘贴两层碳纤维片材时，可连续粘贴。如不能连续粘贴，则再开始前应对底层碳纤维片材重新做好清洁工作。
施工宜在5℃以上环境温度条件下进行，并应符合配套树脂的施工使用温度。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。
施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响，其粘贴部位混凝土的含水率不应大于4％。
树脂配制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。宜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。
⑩为了-粘贴的，不同季节、不同温度条件下，应使用不同型号的粘贴树脂，这样才能对树脂施工的可操作时间和固化时间进行有效控制。
六对碳纤维加固补强技术的展望
碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：
1、施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等；
2、不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m2～300g/m2，设计厚度0.111mm～0.167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计；
3、能适应各种结构外形的补强；
4、可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。
七结束语
随着我国-级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。
辨别碳纤维布的优劣碳纤维布自进入中国以来，以高强度、 抗腐蚀、 耐老化和耐久性好，和物理性能稳定等优势成为建筑加固补强的选，为许多碳纤维材料生产厂家和加固企业的发展提供了广阔的发展。
市场上碳纤维布种类众多，品质良莠不齐，怎么判断碳纤维布品质的优劣呢？今天小倍就碳纤维布辨别做出以下分享：
1、抗拉标准值
一级纤维布抗拉强度***34000，二级碳纤维布抗拉强度***3000。碳纤维布伸长率***1.6%，受拉弹性模量***2.3x105mpa，但是抗折，抗弯强度很差，一弯既折，所以碳纤维布不能弯折。
2、外观
碳纤维布是经度和纬度编制，无断纬、脱纬或断经等-的外观缺陷。好的碳纤维丝束比较黑亮，用火烧一下，不会卷曲，会像细铁丝一样发红，用手摸平滑，柔光，丝束均匀，顺直、布面平整，导电性能好。
3、尺寸
尺寸：劣质的碳纤维布尺寸偏差较大，的碳纤维布长度偏差不超过1.5%，宽度偏差不超过0.5%。
4、规格
碳纤维布采用12k小丝束编织而成。但市面上很多厂家用15k、18k、24k、36k，甚至48k的碳纤维来冒充12k，致使粘结-下降。为了降低成本，用大丝束碳丝代替小丝束。采用大丝束成本是降下来了，可是用于结构加固是非常危险的。
5、重量
重量：碳纤维布的单位面积重量有200g厚度0.111mm、300g厚度0.167mm两种。
以上几点是碳纤维布的辨识方法，希望对做您有所帮助。上海倍牢得碳纤维布品-，达到一级标准，具有高强度、高弹性模量、耐腐蚀、耐老化的优点
玄武岩纤维板在桥梁加固中的应用
1、环氧树脂玄武岩纤维板加固原理
玄武岩纤维预浸热固性环氧树脂后，在模具内固化并通过连续拉挤成型成为环氧树脂玄武岩纤维板，玄武岩纤维提供了板材所需要的高强度，树脂提供了较好的耐腐蚀性能。加固过程中，使用粘钢胶沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，包括梁、柱、悬挑梁、板等需要加固和变更的工程，使玄武岩纤维板与加固基体形成一个新的复合体，即使环氧树脂玄武岩纤维板与原有钢筋混凝土结构共同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高桥梁结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。在浸渍胶凝固后，检查碳纤维布的粘贴，在构件上覆盖一层塑料薄膜，养护后松开张拉机具，裁除多余的碳纤维布，将张拉机具卸除。
2、环氧树脂玄武岩纤维板在桥梁加固应用概况
环氧树脂玄武岩纤维板的低密度、高强度、耐久性好、耐酸碱化学腐蚀性能强、抗压抗剪强度大这些优-能都决定了环氧树脂玄武岩纤维板将在桥梁结构的加固补强中得到广泛应用。玄武岩纤维板坐补强桥梁混凝土结构时，不需要增加螺栓和柳钉固定，对原混凝土结构扰动较小，相较于置换混凝土加固法、化学灌浆施工等加固方法，环氧树脂玄武岩纤维板工艺简单方便。相较于其他的加固方式，利用环氧树脂玄武岩纤维板加固有显而易见的优势，并作为一种新兴技术，得到愈来愈多的-与肯定。三、浅析碳纤维布加固破坏原理及施工工艺据了解碳纤维布加固技术在90年代在我国建筑工程和桥梁隧道工程领域中开始被应用，在早期其加固费用昂贵，碳纤维布加固技术的发展被-，随着我国科技实力的不断发展，碳纤维布加固的造价不断降低，使的碳纤维布加固技术日益成熟，其应用领域不断增大，让碳纤维材料在工程应用领域中得到了推广。167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计。
碳纤维布加固混凝土柱：
采用碳纤维布对混凝土进行加固，其原理是利用了碳纤维的高抗拉强度和对混凝土的约束作用，使得混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土柱的-承载力和压缩能力。
碳纤维布加固混凝土梁：
根据实验研究成果，碳纤维布加固梁的破坏形式有以下几种：
1、界限破坏，当碳纤维和钢筋的配置率适当，在受压混凝土达到-应变的时候，受拉区纤维刚好达到-强度，此时材料的强度得到充分发挥，截面的延性也达大值；
2、适筋破坏，钢筋受拉屈服，受压区混凝土被压坏，碳纤维未达到-应变；
3、少筋破坏，受拉钢筋先达到屈服，然后碳纤维片材超过-拉应变，并达到-状态而被拉坏，而此时受压区混凝土尚未破坏；
4、超筋破坏，加固量过大，受拉钢筋屈服前，受压区混凝土被压坏；
5、粘接破坏，在达到正截面-承载力前，碳纤维片材与混凝土产生剥离破坏。
与此同时，碳纤维布加固在工程中已经有了很多的应用，卡本碳纤维布在上海-所加固工程以及清华附属中学等加固改造工程中得到了大范围使用。在这些工程中它们所有的一个共同病害就是混凝土结构出现裂缝，为了防止裂缝处钢筋与空气接触产生氧化，从而导致锈蚀，应对裂缝进行修补。与此同时，碳纤维布加固在工程中已经有了很多的应用，卡本碳纤维布在上海-所加固工程以及清华附属中学等加固改造工程中得到了大范围使用。对裂缝进行修补过后，在采用碳纤维布进行加固，大致过程如下：
1、首先按照图纸要求进行定位放线；
2、采用硬毛刷对混凝土表面进行清理并将转角处打磨成圆弧状；
3、按设计要求裁剪碳纤维布；
4、涂抹底胶，粘贴碳纤维布，并沿着单向多次刮压，涂刷面胶，并对碳纤维布进行防护；
5、待胶固化后，对粘贴碳纤维布进行验收。
总而言之，碳纤维布加固技术与传统的增大截面加固法、粘钢加固法等相比，碳纤维布加固法具有抗拉强度高，耐腐蚀性好、自重轻、施工便捷等优点，为结构安全保驾-。与此同时，碳纤维布加固除了对开裂的梁板进行加固处理之外，还可在户型改造工程、房屋加层工程、地下室改造工程以及古建筑的修复工程中应用。好的碳纤维丝束比较黑亮，用火烧一下，不会卷曲，会像细铁丝一样发红，用手摸平滑，柔光，丝束均匀，顺直、布面平整，导电性能好。
每一个历史都是我们-五千年灿烂文化的载体，我国的建筑形态结构各异，但是这些文化的载体却随着时间的流逝和人为破坏一点一点消失在历史的长河中，亟待我们去修复加固。
要想好好针对建筑进行系统的加固修复就要先了解这些建筑的不同结构。我国的古建筑发展主要为木质结构以及部分砌体结构为主，因此在进行古建筑加固时，这两种就是我们面对的结构形式。历史建筑的加固都必须遵从保存历史原貌的原则。
在众多的房屋加固方法中，碳纤维加固在古建筑加固当中占有非常重要的位置，碳纤维材料的抗拉强度和弹性模量要比普通的钢材高，能够有效提高建筑物的结构的承载力、刚度与抗震性能，这是碳纤维材料能够用于古建筑加固的基础。木质结构采用碳纤维材料进行加固，还会对结构起到的防腐作用。碳纤维布与配套使用的环氧树脂胶均具有耐腐性，对于木质结构来说，防腐是一项长期艰巨的任务，碳纤维布对木质结构既能加固又能使其长期远离腐蚀，可以起到一举两得的作用。采用化学胶管或植筋胶植入螺栓时，应-孔内胶液饱满且螺栓垂直于梁面。
碳纤维加固的工序简易且不用占据大面积施工地、工期快，能够有效防止施工时对古建筑物的破坏。更重要的是不需要进行钻孔等破坏性大的施工，同时质轻几乎不增加结构自重，几乎贴近“保存现状”的原则。
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