碳纖維加固技術在橋梁修復中的應用

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維加固技術在橋梁修復中應用廣泛，該技術是鋼筋砼結構體外補強新技術，在國外已成熟且被廣泛認同，在我國，自1997年相關研究與應用開展后逐漸發展起來，其施工方法多樣，如預應力碳纖維板加固，通過夾具錨傳遞預應力，抑制裂縫發展和撓曲變形，提升承載能力和剛度，適用于彎拉部位平直基面的梁式橋；還有碳纖維布粘貼加固，先清理破損混凝土、修復抹平，再預涂底膠、找平打磨、涂刷粘貼膠并粘貼碳纖維布，最后涂刷面膠，用于已產生裂縫的橋梁，還可推導公式計算加固所需碳纖維材料數量。

一、碳纖維加固技術在橋梁修復中的應用概述

碳纖維加固技術是一項新型的加固技術，在橋梁修復過程中被廣泛應用。其利用碳纖維材料的優異性能，通過特定的施工工藝，對橋梁結構進行加固和修復，提高橋梁的承載能力、耐久性等性能，以滿足現代交通運輸對橋梁的要求。

二、碳纖維材料的性能特點

（一）碳纖維片材的特性

碳纖維片材具有極高的拉伸強度，可達到2400 - 3400MPa，遠高于普通的鋼板拉伸強度。
其彈性模量根據片材的力學性能可分為高模量、高強度和上等模量三種。高模量的碳纖維片材彈性模量較高，但伸長率比較低。
碳纖維材料重量較輕、化學結構穩定，不易受各類化學物質腐蝕，具有較好的耐寒性和耐熱性。

（二）樹脂類粘結材料的特性

在橋梁混凝土結構的加固中，用于修補的配套樹脂包括底層涂料、油灰、浸漬樹脂和粘結樹脂等。底層涂料能夠滲透混凝土表面，增加碳纖維與混凝土的粘結性，保證粘結面的長期持久性；油灰用于填充混凝土表面空隙使表面平整，以保證碳纖維片材有效粘結；浸漬樹脂用于碳纖維布粘貼，粘結樹脂用于碳纖維板粘貼，這兩種粘結材料能使碳纖維片與混凝土構件表面粘結緊密，形成共同結構體，且樹脂與混凝土的粘結強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。不過，環氧樹脂的固化性能容易受溫度影響，施工時溫度會影響粘貼質量。

三、碳纖維加固技術在橋梁修復中的優勢

施工便捷高效：不需要大型機器即可進行操作，施工過程簡單易行，且總體成本較低。例如，在基底處理、碳纖維布粘貼等施工步驟中，操作相對簡單，不需要復雜的機械設備輔助，并且可以在不破壞原有混凝土結構的基礎上進行表面施工，對橋梁整體結構幾乎沒有改變，不影響正常車輛通行。
增強結構性能
- 提高承載能力：碳纖維布的高抗拉強度能夠分擔一部分荷載，減輕混凝土的應力集中，從而提升橋梁整體承載能力。在主梁加固應用中，能有效改善主梁的受力性能，增強其抗疲勞能力和承載性能；在墩臺加固方面，環向粘貼碳纖維布可顯著提高墩臺的抗壓和抗拉強度，增強其整體強度和穩定性。
- 控制裂縫發展：粘貼碳纖維布可以在裂縫處形成一道防線，與結構共同受力，抑制混凝土構件裂縫的擴展，保持構件的完整性，延長橋梁使用壽命。
- 提高耐久性：碳纖維布具有優異的耐腐蝕性，能夠在各種惡劣環境下長期使用。加固后的橋梁抗腐蝕性能顯著提高，降低維護成本。
- 提高其他性能：可提高混凝土構件的抗疲勞性、抗滲透性、抗沖刷性，還能提高混凝土構建表面的光滑度，利于水流通過。

四、碳纖維加固技術在橋梁修復中的施工方法

（一）基底處理

將混凝土構件表面的殘缺、破損以及碳化的部位全部清除，同時處理外露鋼筋的銹蝕部位，然后修補鑿除、清理、露筋后的構件殘缺部位使其恢復完整度。
對于裂縫修補，如果裂縫寬度小于0.2mm，采用環氧樹脂涂刷密封；若裂縫寬度大于0.2mm，則利用環氧樹脂進行灌縫填補。
將構件表面突出部分打磨平，保證修復后的段差平順，采用磨光機將混凝土結構的棱角磨成半徑大于30mm的圓角，最后沖洗打磨過的構件表面并使其干燥到理想狀態。

（二）涂刷底層

調配涂料后應充分攪拌均勻，由于涂料易固化，調配完成后需盡快施工。
采用滾涂方式在施工底層進行均勻涂刷，在涂料硬結固化后，對涂刷表面進行打磨處理使其順滑。

（三）對構件表面進行修補

若構件表面存在坑陷破壞，使用環氧膩子填平至表面平整；將內角的段差、起拱等用環氧膩子填補平順。

（四）碳纖維布的粘貼

根據施工面大小設計、裁剪碳纖維布的形狀和尺寸，碳纖維布施工長度一般小于2m。
在確認自然條件滿足施工要求后，用滾筒在施工表面涂刷膠水，膠水使用量依施工表面平整度決定，轉角位置多涂些膠水，涂好后靜置一會，再將碳纖維布粘貼到施工面上，粘貼時嚴格按照規程操作碳纖維布的粘貼方向，并用滾刷不斷施加壓力，保持滾筒碾壓力度和速度不變，使碳纖維布與膠水充分接觸。此外，運輸、裁剪碳纖維材料時應避免彎折，粘貼前用直尺和刀具規范裁剪，避免材料浪費。

（五）養護

碳纖維片粘貼完成后，需進行自然養護，養護時間約24小時，以碳纖維加固面達到初期固化狀態為標準，且在固化養護期間不能受到干擾。

（六）涂裝

在樹脂硬結固化后，可根據需要對橋梁加固的施工表面涂耐火涂料或其他顏色的涂料。

五、與其他橋梁加固技術的比較

（一）錨噴混凝土加固法

錨噴混凝土加固法是將新制混凝土和嵌入的鋼筋一同與橋梁構件粘合，形成完整的新舊混凝土和錨桿結構，然后噴射黏附在橋梁加固部位。此方法可使原本受損結構中的應力重新均勻分布，有效減少應力集中，且混合的混凝土材料與原本橋梁結構結合狀態較好，避免后續變形斷裂等問題，施工一般分為5個過程：搭設外作業支架、清理橋梁加固表面、加設錨桿（或安裝其他固定結構如膨脹螺絲等）、嵌入鋼筋結構、混凝土的噴射和養護。