桥梁加固工程中碳纤维增强复合材料的应用

       桥梁加固工程需要寻找高性能、重量轻、具有长时间的耐久性的加固材料。碳纤维增强复合材具有这样的功能，是一种具有发展潜力的复合材料。
　　1 桥梁加固方式
　　1.1 粘贴钢板加固法。粘贴钢板加固法是一种传统的加固方法，如果桥梁的承载能力不足或者主钢筋出现严重腐蚀的现象，主梁就会产生横向的裂缝，这就需要采用锚栓及粘结剂，把钢板锚固定在混凝土结构中承受拉力很弱的地方，把钢板和桥梁结构粘合在一起，形成一个统一的结构，达到共同受力的目标，增强桥梁的承载能力。
　　1.2 增大截面加固方法。增大界面的加固方法也是一种传统的加固方法，主要应用在梁柱的强度、刚度、稳定性和抗裂性的性能不足的情况，需要增加构建的截面增加钢筋的配备，提高钢筋的利用效率，这种方法能够加大钢筋混凝土截面增加的了配主筋，柱的截面也同样能够增大，柱子的承载力也都相应的增加。这种方式应用的非常广泛。
　　1.3 体外预应力加固法。体外预应力的加固方式，是针对钢筋混凝土或预应力混凝土梁或板出现预应力不足的情况下，采用的一种体外预加力的方式进行加固，采用这种方式能够消除一部分的桥梁的自重力，起到直接卸载的作用，提高了桥梁的承载力度。这种加固的方式具有一定的优点。首先在桥梁的自重力很小的情况下，能够改善原始结构的受力状态，提高的结构的刚度和承重性能。其次在桥梁的承重能力比较小的情况，节省了墩台及基础的加固施工。最后，对于那些预应力的加固的方法，可以做为桥梁的临时加固的手段，能够提高桥的的承载力。
　　2 碳纤维加固技术分析
　　碳纤维是一种高性能的复合材料，采用这种方式进行加工，是把碳纤维片材浸含在树脂系粘贴剂中，粘贴在混凝土构件的表面，表面的拉力变大，混凝土本身的承载力也达到了要求，实现了结构和承载力的加强。
　　2.1 碳纤维的性能。对碳纤维进行分析，按照力学的性能进行分析，包括：高模量（I型）碳纤维，这种材料的拉伸模量很高，同时具有很长的伸缩效率。高强度（II型）碳纤维这种材料的拉伸强度能够达到3000MPa，可以拉伸到4000MPa以上。中等模量（III）材料能够在200-300GPa之间，极限伸长率在1.5%-2.0%，在桥梁加固中是一种常用的材料。此外，按照材料进行分类，包括：碳纤维（CFRP），玻璃纤维（GFRP），芳纶纤维（AFRP），这三种。还可以按照排列的方式进行分类，包括：单向纤维片材和双向纤维片材。
　　2.2 加固用碳纤维的力学性能指标。对桥梁加固中应用的碳纤维片材需要按照国家的指标进行测定，各种性能需要满足下表的力学性指标。
　　表1 碳纤维片材主要力学性能指标
　　很多碳纤维的性能不同，但是采用的纤维复合材料的应力关系式相容的，受到拉力的性能呈现一种上升的趋势，这是这种材料具有的重要性能。各种纤维材料的性能见图1。
　　在图1中，能够看出，很多纤维复合材料都属于复合型的材料，钢筋本身也是一种延性材料，对钢筋混凝土进行加固的时候，要考虑到脆性对建筑的影响。主要表现在以下两个方面：（1）纤维复合材不具有延性，具有脆性，这种性能会限制混凝土桥梁的加固施工。（2）FRP材料的脆性性能够限制应力的分布，这些因素影响了外贴的FRP材料的加固设计，不能够采用钢筋进行替换，要研究FRP材料的脆性性能，采用正确的方式进行施工。
　　图1 各种纤维材料应力一应变关系图
　　2.3 粘结剂等粘结材料的性能。碳纤维加固桥梁的时候，采用的粘结材料主要包括了底层树脂、整平材料及浸渍或粘贴树脂。这些材料的性能必须要满足要，关于底层树脂的作用是增强混凝土表面层，提高混凝土与材料的粘合程度，关于浸渍树脂是粘贴碳纤维布的主要粘结材料，主要作用是使碳纤维丝束之间和混凝土充分粘结，以便到共同承载的效果。另外，树脂是一种FRP复合材料，也是和混凝土进行粘合的材料，是非常值得关注的。
　　3 碳纤维复合材料加固的施工工艺
　　采用碳纤维复合材料对桥梁进行加固，施工的工艺是非常重重要的，施工的环节需要仔细。因为施工的质量直接关系到加固的效果，体现出材料的参数是否能够达到标准，纤维复合材料跟混凝土表面是否粘结牢固，变形是否协调，边界条件的差异大小，对加固的效果影响非常大。一般施工工艺流程如下：（1）关于施工准备阶段，需要认真的阅读施工的土质，按照要求和混凝土的实际情况，设计出施工方案，做好碳纤维和树脂材料施工前期的准备。（2）对桥梁表面进行处理，清除桥梁表面疏松、蜂窝、腐蚀物质，露出桥梁表面的混凝土构造层，并把这个构造层修复平整，按照要求对桥梁产生的裂缝进行封闭的处理，其中被粘贴的混凝土都需要除去表面的浮浆、油污等，完全凝结之后才能够进行施工。（3）涂刷底层树脂及找平处理，在这方面需要按照规定配置树脂，采用滚筒刷把树脂均匀的涂抹在底部，待干燥以后才能够进行下一道工序的施工。对于混凝土表面的那些凹凸位置要进行抹平的操作。（4）粘贴碳纤维布材，需要按照尺寸进行裁剪，按照要求配置相关的树脂，在桥梁包面涂抹均匀才能够进行粘贴。粘贴的时候，需要把碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置，用滚筒进行滚压，挤除气泡，注意纤维布不能够损坏。粘贴结束后，要在表面涂抹浸渍树脂，要求必须要均匀。（5）进行表面防护，需要按照相关的规定进行表面防护处理，保证各个部分都要全部黏贴。
　　4 施工工艺注意问题
　　进行碳纤维加固施工的时候要求施工的温度在5℃以下、湿度RH>85%、混凝土表面的含水量要在8%以上，出现结露的时候不要进行施工。在施工的过程中，要远离电源，明火、避免阳光直接照射。另外施工人员要带口罩手套等，做好自我防护。要求现场施工通风状况要好。
　　5 结语
　　碳纤维复合材料的施工需要进行全面的研究，结合环氧树脂集体材料和粘结材料而成的FRP能充分发挥其质轻高强的特点，对桥梁进行加固施工，这方面非常重要。