碳纤维片材在桥梁维修中的应用

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1、碳纤维片材在桥梁维修中的应用碳纤维片材在桥梁维修工程中的应用李颉劲1夏亮2（1，2.江西赣粤高速公路股份有限公司南昌市330025）摘要：CEFP材料具有高强质轻、抗腐蚀、耐老化等卓越的性能且施工便利，逐渐在桥梁维修加固中得到广泛应用。介绍了CEFP材料的制造工艺、特点，通过工程实例详细说明了CFP和CFS在桥梁维修加固工程中的应用。关键词：碳纤维桥梁维修应用1、碳纤维概况CFRP是英文CarbonFiberReinforcedPolymer的首字母缩写，意为碳纤维增强材料。碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料（通常是聚丙烯

2、硝胺纤维或乳化沥青）加热至1500℃所形成的纤维状碳材料，纤维的碳含量在90%以上，其碳原子沿原有纤维长度排列整齐而形成碳素纤维。每根碳纤维丝由3000个～12000个碳原子丝以绞线或麻绳的方式排列而成，其粗细仅相当于人的1根头发丝。全世界碳纤维每年全部产量，包括长丝束，短丝束，才3万多吨。碳纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。由于碳原子排列整齐、结构稳定，因此碳原子构成的金刚石便成为世界上最为

3、坚硬的物质之一。同样道理，早在20世纪60年代人们就发现，碳素纤维具有惊人的抗拉强度。应此，碳素纤维很快被应用于宇航、军工、工业、民用领域。碳纤维成品可以制成不同的型材纤维布、纤维板、棒材等，在结构加固工程中应用量最大和最普通的还是碳纤维片材，即碳纤维布CFS（CarbonFiberSheet）和碳纤维板CFP（CarbonFiberPlate），其中碳纤维布近两年在我国得到广泛的应用，而碳纤维板则用得较少，本文就沪昆高速公路（江西段）药湖大桥维修工程实例，重点介绍碳纤维布在桥梁加固补强中的应用情况。2、碳纤维片材补强加固原

4、理碳纤维片材加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术，其用于混凝土结构加固修补的研究始于20世纪80年代美、日等发达国家，我国起步很晚，国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目，并在1998年全国建筑物加固与鉴定第四届学术会议上获奖。碳纤维片材加固混凝土是指在混凝土构件表面粘贴碳纤维片材，利用树脂类材料把碳纤维片材和待加固构件粘固在一起，形成复合材料，利用碳纤维材料良好的抗拉强度，通过其与所加固的构件的协同工作，起到对结构构件补强加固及改善受力性能的作用，达到增强构件承载能力及刚度的目的。3、理论研究近年来国内

5、科技工作者研究了粘贴碳纤维布加固补强对混凝土梁挠度的影响，进行了对比试验。如图1所示为三种试验梁的荷载-挠度曲线，其中BI0为对比梁，不粘李颉劲夏亮Page1of7碳纤维布，BI1在梁底粘一层，BI2在梁底粘两层，以上三种BI试件的截面均为:b×h=100×200mm，梁底纵筋均为2?8；此外BⅡ1试验梁，截面与BI相同，纵筋为2?12，梁底粘贴一层碳纤维布，以上每种工况都准备两根试件。进行承压试验，得出：3.1、在荷载相同的情况下，对比梁比粘贴碳纤维布梁的跨中挠度大。3.2、碳纤维布用量越多，构件的挠度越小。3.3、在前期

6、,构件刚度的增长幅度稍小，但在纵向受拉钢筋屈服之后，刚度增长非常明显，这说明碳纤维布不但能提高构件的前期刚度更能有效提高受弯构件的后期刚度。荷载（单位：KN）挠度（单位：mm）图1BI0、BI1、BI2荷载－挠度曲线4、工程实例4.1、CFRP材料和树脂力学性能施工前，对进场的CFRP材料和树脂进行了抽样，送有资质的国家法定检测机构检测，检测机构出具了CFRP材料与树脂相匹配的报告和检测结果（如表1和表2），各项指标均优于《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（CECS146:2003）要求。李颉劲夏亮Page2of74.2、

7、药湖大桥盖梁粘贴碳纤维布沪昆高速公路（江西段）药湖大桥全长9100m，上部构造除6跨30m预应力混凝土T型梁外，其余均为20m先张法预应力混凝土宽幅空心板。全桥空心板均为简支结构，下部构造为钢筋混凝土钻孔灌注桩配双柱式桥墩与肋形埋置式桥台，盖梁设计为部分预应力混凝土A类构件。按设计文件要求，对药湖大桥盖梁和墩柱粘贴碳纤维布（CFS）进行维修补强，如图2所示，在每条盖梁侧面与底面和部分墩柱粘贴宽50cm的UCP-300型碳纤维布，使用配套的粘结树脂。碳纤维布名义厚度为0.167mm，密度为300g/m2，双面网格型编织工艺。用

8、于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能，其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍；但是，碳纤维材料织成碳纤维布后，其中的各碳纤维丝很难完全共同工作，在承受较低的荷载时，一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态，以此类推，各碳纤维丝逐渐断裂，直至整体破坏。而使用粘结树脂后