碳纖維加固技術在路橋施工中的應用探究
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摘要：隨著我國高等級公路的迅速發展，高速公路橋梁通車里程也在不斷增長，橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強度降低或需要提高抗震能力和修補橋梁裂縫。筆者結合工作實際，對碳纖維加固技術相關問題進行分析，總結一些粗淺見解，以供同行借鑒參考。
關鍵詞：碳纖維；橋梁加固；技術原理
引言
隨著我國社會經濟和交通運輸事業的快速發展，一些在2O世紀60、7O年代修建的公路橋梁，還在肩負著十分沉重的交通荷載及繁重的交通量。隨著我國公路網日趨完善，一些舊橋的維護加固任務越來越艱巨，并成為公路交通部門的工作重點。隨著經濟和社會的發展，全國通車公路里程的迅速增加，與城市建設規模的不斷增大，橋梁總數大大增加，危舊橋數量也在不斷增長。因此，如何確?，F役橋梁的安全運營是公共養護管理部門所以面臨的難題之一。為了避免橋梁工程在使用過程中會由于種種原因產生病害 ,從而達到安全、經濟和適用的目的,必須對產生的病害進行結構補強。
一、碳纖維材料的基本特性
1、碳纖維片材
片材碳纖維材料的拉伸強度在（2400～3400）MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比，片材的拉伸強度很高。
片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學性能不同，碳纖維片材依力學性能分成高模量、高強度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長率較低。
相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學結構穩定，本身不會受酸堿鹽及各類化學介質的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
2、配套樹脂類粘結材料
混凝土結構加固修補配套樹脂系統包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進粘結并形成長期持久界面的基礎；油灰，用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結樹脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。
浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構件表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作的關鍵，因此，樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術而言，環氧樹脂在不同施工環境溫度下固化性能有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間緊密相關。采用專配的環氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度（10～40）攝氏度時，粘貼環氧樹脂固化時間約15小時以上，但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上，專配的環氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
二、碳纖維加固技術原理
碳纖維材料具有高強度、高彈性摸量、重量輕及耐腐蝕性好等特點，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右，彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復混凝土結構所有碳纖維材料主要為兩種：碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍，而彈性模量與鋼材相當，某些（如高彈性）碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上，且施工性能與耐久性良好，是一種很好的加固修復材料；配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結樹脂，前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結質量，而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復合性整體，并且共同工作，提高結構構件的抗彎、抗剪承載力，達到對結構構件進行加固、補強的目的。
三、碳纖維加固技術的施工工藝
1、根據設計確定粘貼碳纖維的范圍進行基底處理
①將砼構件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達到結構密實部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進行必要的處理。對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分進行修補復原；
②裂縫修補。縫寬小于0.2mm的裂縫，用環氧樹脂進行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環氧樹脂灌縫；
③將構件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復后的段差盡量平順。用磨光機把棱角磨成半徑大于30mm的圓角；
④清洗打磨過的構件表面，并使其充分干燥。
2、底層涂刷（底層涂料具有較強的滲透性，可滲入砼表面內）
①把底層涂料的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放人容器內，用攪拌器拌均勻，一次調和量應在可使用時間內用完為準；
②用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料；
③底層涂料固化后，表面有凸起部分時要用砂紙磨光；
④注意在氣溫小于5C，相對濕度大于85，砼表面含水率在8以上，有結露可能而無可靠保證措施時，均不得施工。
3、環氧膩子對構件表面殘缺的修補
①構件表面凹陷部位應用環氧膩子填平，修復至表面平整；
②內角（段差、起拱等）要用環氧膩子填補使之平順。
4、貼碳纖維片
①為了防止碳纖維受損，在碳纖維片運輸、儲存、裁切和粘貼過程中，嚴禁受彎折。貼片前應用鋼直尺與壁紙刀按規定尺寸切斷纖維片，每段長度一般不超過6rn；。
②碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接；
③按規定比例摻配樹脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結樹脂，稱為下涂；
④貼片時，在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓，使樹脂滲入碳纖維中。
5、養護
粘貼碳纖維片后，需自然養護24h達到初期固化，并保證固化期間不受干擾。
6、涂裝
根據需要可在樹脂固化后加固補強構件表面，涂刷耐火涂層和色彩。
四、碳纖維技術在橋梁加固施工中的應用
1、粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項新技術，使得粘貼加固法成為公路橋梁快速加固方法，適合公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運的要求。碳纖維片材輕、現場粘貼無需重型設備、施工便利，便于橋下的高空作業，可在公路橋梁上推廣應用。
2、對于公路舊混凝土橋梁的加固方法，在工程上應用效果較好的是綜合法，即以某種加固方法為主，輔以其它方法，這必須依照橋梁現場的外觀檢查和技術狀況評定，加固設計要求而定。目前，粘貼碳纖維片材加固方法往往輔以裂縫灌漿、裂縫封閉等方法。
3、我國目前在工程中采用的碳纖維片材材料及配套樹脂類粘結材料，是以國外進口材料為主，國產產品較少，且產品的勻質性及低樹脂含量等技術指標上還有差距。這樣，進口的材料單價就顯高，這往往影響技術的經濟決策。因此，除了應盡快采取先進技術及措施使國產產品提高質量外，在碳纖維片材加固技術應用中，應當更多從加固效果，耐久方面來考慮橋梁加固后正常運營效益與經濟性。
4、在國外先進國家的科學研究工程實踐基礎上，結合我國公路舊橋的加固維修特點與經驗，盡快編制碳纖維片材加固技術的指南，以指導工程應用。 碳纖維片材加固補強公路混凝土橋梁是粘貼加固新技術，需要結合我國的工程特點進行深入研究和不斷提高，使我國公路舊橋加固維修技術達到新的水平。
五、結語
隨著經濟的發展，大噸位車輛的出現，公路橋涵設計荷載標準也是大大提高。加強對公路橋梁的養護、維修與加固改造，提高橋梁的承載能力與行車性能，延長使用年限是我國公路橋梁管理部門亟待解決的問題，搞好這項工作不僅需要加強橋梁加固維修技術的探究和推廣，也需要科學的管理的維護。有計劃、有步驟地及時對現有橋梁承載能力進行維修加固，提高其荷載等級，確保交通運輸的暢通無阻，充分發揮經濟效益和社會效益，目前是工程界及管理部門的一個重大課題?？茖W技術的發展，新材料、新工藝、新設備的出現，對現有橋梁進行維修與加固，可大大提高機構的承載能力，延長使用年限，同時也可以節約大量建設資金。
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