碳纤维在桥梁加固中的应用

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1、碳纤维在桥梁加固中的应用　　(锡林郭勒盟交通质监站，内蒙古，锡林浩特026000) 　　摘要：文章论述了碳纤维在土木工程中的应用，并分析了碳纤维质轻高强、耐腐蚀、抗老化及其优异的力学性能，指出用其加固补强混凝土结构施工简单便捷，可在今后的桥梁维修加固中得到广泛的应用。 关键词：碳纤维；碳纤维片；加固；补强 　　中图分类号：U445.7＋2文献标识码：A文章编号：1007—6921(XX)06—0249—02 　　2001年省道唐通线义井大桥进行了维修加固，把荷载标准由汽-13、拖60提

2、高为汽-20、挂-100。此桥全长470m，33孔，上部结构为T型简支梁。其中5孔T梁的加固采用了碳纤维，经实验检测，效果很好。新型材料碳纤维在桥梁加固中将有广阔的前景。 　　1国内外正在掀起碳纤维修复补强混凝土结构的研究热潮 　　碳纤维是航天工业开发的高新材料，70年代已经成熟，并应用于宇航中。 　　其中日本是研究碳纤维应用最早的国家，也是碳纤维的主要生产国。其碳纤维产量占全世界总产量的70%。特别是1995年板神大地震，使许多桥梁、建筑、公用设施遭到破坏。碳纤维片修复补强技术以其施工

3、简单迅速、安全可靠、耐久性好等突出的特点，在震害修复和抗震加固中发挥了重要作用。我国是1997年开始对碳纤维加固修复混凝土结构进行研究的。1998年开始了实际工程应用。中国工程建筑标准化协会标准《碳纤维布加固修复混凝土结构技术规程》已接近于完成。 2碳纤维是桥梁加固的理想材料 　　碳纤维是纤维状的碳材料，是在几千度的高温下经过特殊工艺制造出的一种高科技产品。它具有高强轻质、抗腐蚀、耐老化、物理性能稳定等诸多优点。 　　其拉伸强度为钢材的7～10倍，比重仅为钢材的1/4。义井桥用的碳纤维布

4、经驻地监理取样送上海测试中心检测，抗拉强度和拉伸摸量都达到表1的数值。 　　试验证明其抗酸、抗碱、抗盐性能良好。碳纤维片补强试件在10%的硫酸中浸泡3个月后，强度不降低；在40℃氢氧化钙饱和溶液中浸泡300h后，强度不降低；在35℃盐水中浸泡一年后，强度不降低。 　　温度稳定性好：碳纤维片可长期在-54℃～83℃条件下使用，强度不变。 　　耐水性好：在70℃水中浸渍30天，强度不降低。 　　抗紫外线、抗老化：经过自然暴露试验和加速暴露试验，利用红外线光谱仪对于加强暴露后的试件性能进行评估

5、证实，碳纤维片的强度和粘贴性能在相当于50年的时间内不发生劣化，没有发现抗拉强度有任何损失［5］。 　　碳纤维根据其原料和生产方式的不同，主要分为聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维。聚丙烯腈基碳纤维是把聚丙烯腈基纤维在惰性气体中高温加热所获得的纤维，属高强度型。沥青基碳纤维是把煤焦油在石油沥青抽丝后经高温烧结而成的纤维，属高弹性模量型。 　　什么是碳纤维片？碳纤维成品呈黑色细丝状，直径仅有7μm，很脆，极易折断，不能单独使用。把碳纤维浸渍树脂，用特殊工艺制成纤维定向排列的复合材料才能应用。碳

6、纤维复合材料按其形状可分为片材，棒材和型材。片材应用较广，适合在混凝土结构补强中应用。棒材和型材应用较少。片材又分为碳纤维板和碳纤维布。很明显，碳纤维布的随意性优于碳纤维板。成品碳纤维片很薄，厚度＜1mm。 　　碳纤维板是以碳纤维为主要组分，衬以玻璃纤维网和纸，以树脂为黏结材料，通过一定的成型方法形成的单项排列的碳纤维的复合片材。是以板状包装供应的。 　　碳纤维布是用碳纤维织成布，再浸少量树脂制成的布料，是以布状成捆供应的。义井大桥加固用的是美国产的碳纤维布。 3碳纤维补强技术的特点和优越

7、性 　　3.1优异的力学性能，可有效应用于多种形式的结构补强。包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展，等等。适用于各种类型的公路、铁路桥梁、楼房等建筑物。 　　3.2优异的化学稳定性。碳纤维片具有极强的抗酸、碱、紫外线和防水能力。具有足够的适应气温变化的能力。外加防火涂层后可以有效地防火。因此，可以大大增强结构对恶劣外部环境的适应能力，延长结构寿命。 　　3.3材料本身质轻高强。可以不增加结构体积和不改变结构外形。增加的结构重量可以忽略。便于用所需要的色彩涂装，而不留

8、补强痕迹。这是其他方法不可比拟的。 　　3.4施工工序简单，可用小型电动工具操作。工种少，用工少，工期短，进度快。更有资料表明能在持续交通有真震动的情况下施工，而不影响补强效果［3,5］。从而大大缩短施工断交的时间，具有较大的经济效益和社会效益。 4碳纤维修复补强混凝土结构的原理 　　将碳纤维片用专门配制的环氧树脂粘贴在结构表面，树脂固化后碳纤维与原结构形成新的受力复合体。碳纤维片即与钢筋共同受力。由于碳纤维片分担了荷载，钢筋的应力就降低了，使混凝土结构得到了加固补强。 　　碳纤维片的抗