碳纖維在橋梁加固中的應(yīng)用　

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1、碳纖維在橋梁加固中的應(yīng)用(錫林郭勒盟交通質(zhì)監(jiān)站，內(nèi)蒙古，錫林浩特026000)摘要：文章論述了碳纖維在土木工程中的應(yīng)用，并分析了碳纖維質(zhì)輕高強(qiáng)、耐腐蝕、抗老化及其優(yōu)異的力學(xué)性能，指出用其加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單便捷，可在今后的橋梁維修加固中得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：碳纖維；碳纖維片；加固；補(bǔ)強(qiáng)中圖分類號(hào)：U445.7+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007—6921(XX)06—0249—022001年省道唐通線義井大橋進(jìn)行了維修加固，把荷載標(biāo)準(zhǔn)由汽-13、拖60提高為汽-20、掛-100。此橋全長(zhǎng)47

2、0m，33孔，上部結(jié)構(gòu)為T(mén)型簡(jiǎn)支梁。其中5孔T梁的加固采用了碳纖維，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，效果很好。新型材料碳纖維在橋梁加中將有廣闊的前景。1國(guó)內(nèi)外正在掀起碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的研究熱潮碳纖維是航天工業(yè)開(kāi)發(fā)的高新材料，70年代已經(jīng)成熟，并應(yīng)用于宇航中。其中日本是研究碳纖維應(yīng)用最早的國(guó)家，也是碳纖維的主要生產(chǎn)國(guó)。其碳纖維產(chǎn)量占全世界總產(chǎn)量的70%o特別是1995年板神大地震，使許多橋梁、建筑、公用設(shè)施遭到破壞。碳纖維片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)以其施工簡(jiǎn)單迅速、安全可靠、耐久性好等突出的特點(diǎn)，在震害修復(fù)和抗震加固中發(fā)揮了

3、重要作用。我國(guó)是1997年開(kāi)始對(duì)碳纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究的。1998年開(kāi)始了實(shí)際工程應(yīng)用。中國(guó)工程建筑標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《碳纖維布加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》已接近于完成。2碳纖維是橋梁加固的理想材料碳纖維是纖維狀的碳材料，是在幾千度的高溫下經(jīng)過(guò)特殊工藝制造出的一種高科技產(chǎn)品。它具有高強(qiáng)輕質(zhì)、抗腐蝕、耐老化、物理性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。其拉伸強(qiáng)度為鋼材的7?10倍，比重僅為鋼材的1/4。義井橋用的碳纖維布經(jīng)駐地監(jiān)理取樣送上海測(cè)試中心檢測(cè)，抗拉強(qiáng)度和拉伸摸量都達(dá)到表1的數(shù)值。試驗(yàn)證明其抗酸、抗堿、抗鹽

4、性能良好。碳纖維片補(bǔ)強(qiáng)試件在10%的硫酸中浸泡3個(gè)月后，強(qiáng)度不降低；在40°C氫氧化鈣飽和溶液中浸泡300h后，強(qiáng)度不降低；在35°C鹽水中浸泡一年后，強(qiáng)度不降低。溫度穩(wěn)定性好：碳纖維片可長(zhǎng)期在_54°C?83°C條件下使用，強(qiáng)度不變。耐水性好：在70°C水中浸潰30天，強(qiáng)度不降低。抗紫外線、抗老化：經(jīng)過(guò)自然暴露試驗(yàn)和加速暴露試驗(yàn)，利用紅外線光譜儀對(duì)于加強(qiáng)暴露后的試件性能進(jìn)行評(píng)估證實(shí)，碳纖維片的強(qiáng)度和粘貼性能在相當(dāng)于50年的時(shí)間內(nèi)不發(fā)生劣化，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度有任何損失［5］。碳纖維根據(jù)其原料和生產(chǎn)方

5、式的不同，主要分為聚丙烯腈基碳纖維和瀝青基碳纖維。聚丙烯腈基碳纖維是把聚丙烯腈基纖維在惰性氣體中高溫加熱所獲得的纖維，屬高強(qiáng)度型。瀝青基碳纖維是把煤焦油在石油瀝青抽絲后經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成的纖維，屬高彈性模量型。什么是碳纖維片？碳纖維成品呈黑色細(xì)絲狀，直徑僅有7um,很脆，極易折斷，不能單獨(dú)使用。把碳纖維浸潰樹(shù)脂，用特殊工藝制成纖維定向排列的復(fù)合材料才能應(yīng)用。碳纖維復(fù)合材料按其形狀可分為片材，棒材和型材。片材應(yīng)用較廣，適合在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)中應(yīng)用。棒材和型材應(yīng)用較少。片材又分為碳纖維板和碳纖維布。很明顯，碳

6、纖維布的隨意性優(yōu)于碳纖維板。成品碳纖維片很薄，厚度＜1mm。碳纖維板是以碳纖維為主要組分，襯以玻璃纖維網(wǎng)和紙，以樹(shù)脂為黏結(jié)材料，通過(guò)一定的成型方法形成的單項(xiàng)排列的碳纖維的復(fù)合片材。是以板狀包裝供應(yīng)的。碳纖維布是用碳纖維織成布，再浸少量樹(shù)脂制成的布料是以布狀成捆供應(yīng)的。義井大橋加固用的是美國(guó)產(chǎn)的碳纖維布。3碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)越性3.1優(yōu)異的力學(xué)性能，可有效應(yīng)用于多種形式的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。包括抗彎、抗剪、抗壓、抗疲勞、抗震、抗風(fēng)、控制裂縫和撓度的擴(kuò)展，等等。適用于各種類型的公路、鐵路橋梁、樓房等建筑物。

7、3.2優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性。碳纖維片具有極強(qiáng)的抗酸、堿、紫外線和防水能力。具有足夠的適應(yīng)氣溫變化的能力。外加防火涂層后可以有效地防火。因此，可以大大增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)惡劣外部環(huán)境的適應(yīng)能力，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命。3.3材料本身質(zhì)輕高強(qiáng)?？梢圆粔埣咏Y(jié)構(gòu)體積和不改變結(jié)構(gòu)外形。增加的結(jié)構(gòu)重量可以忽略。便于用所需要的色彩涂裝，而不留補(bǔ)強(qiáng)痕跡。這是其他方法不可比擬的。3.4施工工序簡(jiǎn)單，可用小型電動(dòng)工具操作。工種少，用工少，工期短，進(jìn)度快。更有資料表明能在持續(xù)交通有真震動(dòng)的情況下施工，而不影響補(bǔ)強(qiáng)效果［3,5］。從而大大縮短施工

8、斷交的時(shí)間，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益4碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的原理將碳纖維片用專門(mén)配制的環(huán)氫樹(shù)脂粘貼在結(jié)構(gòu)表面，樹(shù)脂固化后碳纖維與原結(jié)構(gòu)形成新的受力復(fù)合體。碳纖維片即與鋼筋共同受力。由于碳纖維片分擔(dān)了荷載，鋼筋的應(yīng)力就降低了，使混凝土結(jié)構(gòu)得到了加固補(bǔ)強(qiáng)碳纖維片的抗拉強(qiáng)度達(dá)3400MPa,比鋼材高7?10倍。彈性模量有23500MPa?380000MPa，與鋼筋相近或略高。延伸率1.5%，比鋼材低。因此，有與鋼筋共同工作的性能。由于采用了不同配比、性能各異的環(huán)氧樹(shù)