关于碳纤维加固技术在市政工程应用领域探究

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1、关于碳纤维加固技术在市政工程应用领域探究　　摘要：采用碳纤维材料进行结构加固是近年来出现并广泛应用于土木工程结构的加固技术。随着城市基础设施维护与更新的工程项目越来越多，该技术已在市政工程领域中得到广泛运用。最后介绍了具体的施工工艺和在桥梁、共同沟中的应用实例。关键词：碳纤维；市政工程；桥梁加固；共同沟加固中图分类号：TU99文献标识码：A文章编号：运用碳纤维材料加固混凝土结构技术是20世纪末期在发达国家兴起的一种新型加固技术。它利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴在混凝土结构表面，形成复合材料体，通过其与混凝

2、土结构的协同作用，达到对原结构补强加固和改善结构受力性能的目的。由于碳纤维加固技术具有质量轻、强度高，施工快速便捷，抗疲劳性能佳以及优秀的耐腐蚀、抗渗透等性能，因此，近年来该技术在我国土木工程结构加固改造领域中迅猛发展，弥补了传统加固技术方法中的诸多不足。1碳纤维结构加固技术近年来FRP（FiberReinforcedPlastics，6纤维增强塑料）在土木工程中的应用一直是国外土木工程界研究开发的一个热点。FRP的含义很广，是指近年来开发出来的各种高科技纤维材料，其中CFRP（CarbonFiberRein

3、forcedPlastics，碳纤维）在土木工程领域研究和应用较多。碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究工作始于20世纪80年代末。迄今，瑞士、德国、日本、美国等众多大学、科研机构、材料生产厂家都相继进行了大量碳纤维材料用于混凝土结构补强加固的研究开发，并编制形成了各自国家的行业标准与规范。我国自1997年开始对碳纤维布加固修补钢筋混凝土结构技术进行系统研究开发。2施工工艺碳纤维结构加固方法的施工工艺主要包括施工前期准备、加固区域混凝土结构基层表面的打磨与修复处理、碳纤维材料与胶结剂的制备、碳纤维材料的粘贴

4、及固化养护、现场粘贴成品的保护以及施工验收。由于碳纤维材料是柔性的，即使被加固的结构表面不是非常平整，也可以保证约100%的有效粘贴率，而且粘贴后发现表面局部有气泡，也很易于修补。碳纤维材料质量轻且薄。碳纤维布厚度为0.1～0.3mm，碳纤维板的厚度为1.2mm和1.4mm。其密度为钢材密度的20%。加固修补后，基本不增加原结构自重及原构件尺寸。3碳纤维在桥梁加固工程的应用实例6上海川杨河大桥位于浦东新区杨高南路，由上海市城市建设设计研究院设计，1995年建成通车。2008年初为配合杨高路（龙阳路—环南一大道

5、）道路拓宽改造工程，需要对川杨河大桥进行加固处理，以满足道路拓宽与荷载等级提高的要求。3.1加固方案根据杨高路拓宽对川杨河大桥加宽的要求，以及检测单位提交的对川杨河大桥进行的可靠性检测报告，针对上下部结构荷载等级提高及新增恒载变化情况进行了结构验算。根据验算结果，原桥梁基础与桥墩能满足新荷载条件下的使用要求，但桥面的板梁、T梁以及支承桥面的盖梁不能满足新荷载条件下的使用要求或承载力富余量不足，需要对其进行加固处理。桥梁加固的方法选择粘贴碳纤维布的方法。对于板梁和T梁，在梁跨中沿梁底纵向粘贴碳纤维布，在梁的支座

6、两端粘贴L型碳纤维箍，碳纤维布的宽度、厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。对于盖梁，在两侧面粘贴碳纤维U型箍，盖梁顶设置带状压条碳纤维布。碳纤维布的宽度、厚度以及层数则根据被加固梁的钢筋截面积缺失量来确定。3.2加固功效采用碳纤维材料进行结构加固技术对采用的加固材料以及加固施工工艺的要求非常高。6如果材料质量与施工工艺达不到技术规范的要求，整个加固工程就无法取得成功。因此，在采用碳纤维材料进行结构加固时，需要对加固材料进行室内试验以及对施工工艺进行现场检测。材料室内试验主要进行碳纤维材料的抗拉

7、强度标准值、弹性模量、伸长率三个指标的测定，以及碳纤维材料与混凝土结构的正拉黏结强度测定。施工工艺的现场检测主要是对碳纤维材料与现场混凝土结构的黏结强度测定。川杨河大桥结构加固采用瑞士西卡（sika）品牌，碳纤维材料规格为Sikawrap301c，粘结胶水为Sikadur330。材料室内试验结果为：抗拉强度标准值4110MPa（规范要求≥3000MPa），弹性模量260GPa（规范要求≥210GPa），伸长率1.8（规范要求≥1.5），正拉黏结强度3.8MPa（规范要求≥2.5MPa）。试验结果表明该工程采用

8、的材料满足结构加固的需要。对于施工工艺的现场检测，参考CECS146：2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》（2007年版）标准，利用SHJ-40型多功能强度检测仪进行多组测试，得到的黏结强度平均值为2.9MPa，且破坏形式为混凝土内聚破坏，满足规范要求。当材料室内试验以及对施工工艺的现场测试结果满足国家规范要求时，则该加固工程达到了加固设计的要求，也即加固后的桥梁结构能满足功能改变后的使用要