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上海毅實建筑加固工程有限公司
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1 材料的基本特性
碳纖維加固所采用的基本材料是高強度或高彈性模量的連續碳纖維，單向排列成束，用環氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經樹脂浸漬固化的碳纖維布，統稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構件需補強加固部位表面，樹脂固化后與原構件形成新的受力復合體，共同工作。
1.1 碳纖維片材
片材碳纖維材料的拉伸強度在2400--3400MPa之間，而普通碳素鋼板拉伸強度為240 MPa。其彈性模量依片材力學性能不同，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，本身不會受堿及各類化學介質的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。
1.2 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*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，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好壞有十分重要的意義，因為這涉及到粘貼工作質量與如何減少橋上正常交通中斷時間。采用專配的環氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度10--40℃，粘貼環氧樹脂固化時間約15 h以上時，粘貼后可以使用的時間為45min以上。專配的環氧樹脂材料的這一性能*適合混凝土橋梁的加固工作。
2 碳纖維片材加固橋梁的形式
碳纖維片材主要用于混凝土橋梁的基本構件和節點的加固補強，其加固的效果主要是提高構件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構件的軸向抗壓承載力，提高構件的剛度及延性。除此之外，許多室內及現場試驗證明，碳纖維片材加固的混凝土構件裂縫寬度發展可以得到控制。由于碳纖維片材，特別是碳纖維布質量輕且厚度薄，具有一定柔度，在混凝土橋的有關部位加固較靈活。碳纖維片材因碳纖維排列方向不同而使各方向拉伸強度不相同，當纖維方向與受力向相同時，其拉伸強度很高；當纖維方向與受力方向垂直時，其強度很低。因此，在采用碳纖維片材進行加固設計中，必須正確掌握纖維的布置方向。根據混凝土構件加固計算，可以采用連續式粘貼或條帶間隔粘貼碳纖維片材的方式。研究表明，分條加固的效果要優于整條布的加固效果。
3 碳纖維加固結構施工特點
碳纖維加固結構技術是利用碳纖維材料的特性，將碳纖維粘貼在結構表面，從而起到對結構的加強作用。在實際施工過程中，碳纖維既可以單層粘貼也可以多層粘貼，還可以纏繞。對于各種不同類型的節點、不規則的部位，都可用碳纖維進行加固處理。在橋梁加固運用中，可粘貼在混凝土梁的頂面或底板上，用以提高梁的撓曲強度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，用以提高其抗剪強度；還可以將碳纖維纏繞在節點部位以滿足抗震設計的要求，具有高強高效、施工便捷、周期短等特點。在碳纖維結構技術應用中，影響加固質量的因素主要有兩方面，一是碳纖維材料的抗拉強度，二是粘貼碳纖維材料用粘結劑的剪切強度。碳纖維和混凝土的粘結質量直接影響加固效果。加固后，碳纖維與混凝土之間不能有氣泡，不能起鼓。另外，碳纖維布是一種可任意曲折的纖維布材料，施工不受加固長度的影響，適應面廣。以上優點將使碳纖維加固結構技術在國內未來的加固行業中起著越來越重要的作用。
4 碳纖維加固施工工藝特點
4.1 粘貼碳纖維用膠很適宜的溫度在20--25℃，視氣溫高低，適當調整。如果在冬季施工，應控制其凝固溫度在10℃以上。
4.2 加固前應檢查待加固構件表面情況，一定要注意粘貼面必須是結構面，對于有較大裂縫及凹陷處，應該用膠泥補平。
4.3 碳纖維加固技術施工速度快，施工工藝簡單，尤其是在加固過程中能保證橋梁的正常使用，減少不必要的經濟損失。
5 粘貼碳纖維片材加固施工技術
5.1 面層處理
混凝土表面的劣化層必須用砂輪機去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機與毛刷將待補強區的粉塵及松動物質去除，用水洗凈后，必須使其充分干燥。
5.2 斷面修復
將混凝土面層的不良部分（例如剝落、孔隙、蜂窩、腐蝕等）清除。若有鋼筋外露情形，必須先做好防蝕處理，再以強度相等或大于混凝土的環氧樹脂砂漿材料修補。裂縫以環氧樹脂灌注，裂縫或打除部分若有漏水情形時，應先做好止水、導水處理。
5.3 表面修正
表面平整度凸出部分（小突起等）以切割機或砂輪機將其鏟除并使其平滑。凹陷部分（打除部分）以環氧樹脂或樹脂砂漿*。轉角處需研磨至凸角R=20mm（R-曲率半徑）以上，凹角則以樹脂砂漿*。
5.4 底層涂料
氣溫在5℃以下，雨天或RH大于95%時，不可施工。施工范圍的溫度、濕度確認后，選用適當的底層涂料。施工現場空氣應十分流通，嚴禁煙火，并且施工時必須要穿帶保護裝備。
5.5 碳纖維片材的粘貼
纖維貼片預先以剪刀、刀子依所設計的尺寸大小裁好，依使用量剪裁尺寸，長度在2 m以內很適當。為防止保管期間的破損，裁剪數量只裁所需使用的數量。施工面底漆的干燥程度可以指觸確認。底漆施工超過一星期以上時，應以砂輪機磨平。
6 尚待解決的技術關鍵
6.1材料的開發問題。盡管國外已有多種定型成熟的碳纖維材料產品，但國內的大規模開發應用不能*依賴于進口產品，國產化是實現的一個根本條件。國產的PAN基碳纖維強度指標一般在2000--2500MPa之間、彈性模量在2.1 105MPa左右，是有一定保證的，但在預浸料生產及加工成品質量方面仍有較大欠缺，均勻性也較差。同時，上述單一的性能指標也不可能滿足對碳纖維材料多樣化的要求。因此，國內有關材料與建筑的研究、生產與使用單位如何更好協調研究并生產出適合國內市場的碳纖維材料是一個關鍵問題，也將有很長的路要走。
6.2 碳纖維材料加固修補使用的技術方面問題。這主要體現為國內相應標準與規程的制訂上，盡管國外一些國家已有了較完善的標準規程，但并不適合中國，不能照搬，我們至少還需要做一些關鍵的試驗研究以解決或驗證諸如疲勞性、耐久性、延性等方面的技術難題，并盡早制訂出我國自己的標準規范與施工指南。
7結語
碳纖維材料的出現和成功應用于土木工程的加固與補強上，使土木工程加固技術研究更上一個臺階。碳纖維是一種新型建材，因其質輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強度高而被廣泛應用。碳纖維布加固法亦被視為梁式橋加固補強、提高承載能力，尤其是當高度受限制時的*加固方法。
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