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齊齊哈爾碳纖維加固公司

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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(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，用環(huán)氧樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹(shù)脂浸漬固化的碳纖維布，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門(mén)配制的粘貼樹(shù)脂或浸漬樹(shù)脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹(shù)脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。

　　1.1 碳纖維片材

　　片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在2400--3400MPa之間，而普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240 MPa。其彈性模量依片材力學(xué)性能不同，分成高模量、高強(qiáng)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(zhǎng)率較低。相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說(shuō)明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會(huì)受堿及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。

　　1.2 配套樹(shù)脂類粘結(jié)材料

　　混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹(shù)脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過(guò)混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成*持久界面的基礎(chǔ)；油灰，用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材；浸漬樹(shù)脂或粘結(jié)樹(shù)脂，前者用于碳纖維布粘貼，后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹(shù)脂或粘貼樹(shù)脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵，樹(shù)脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹(shù)脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能好壞有十分重要的意義，因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何減少橋上正常交通中斷時(shí)間。采用專配的環(huán)氧樹(shù)脂材料，在混凝土施工表面溫度10--40℃，粘貼環(huán)氧樹(shù)脂固化時(shí)間約15 h以上時(shí)，粘貼后可以使用的時(shí)間為45min以上。專配的環(huán)氧樹(shù)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(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的加固補(bǔ)強(qiáng)，其加固的效果主要是提高構(gòu)件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力，提高構(gòu)件的剛度及延性。除此之外，許多室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)證明，碳纖維片材加固的混凝土構(gòu)件裂縫寬度發(fā)展可以得到控制。由于碳纖維片材，特別是碳纖維布質(zhì)量輕且厚度薄，具有一定柔度，在混凝土橋的有關(guān)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(qiáng)度不相同，當(dāng)纖維方向與受力向相同時(shí)，其拉伸強(qiáng)度很高；當(dāng)纖維方向與受力方向垂直時(shí)，其強(qiáng)度很低。因此，在采用碳纖維片材進(jìn)行加固設(shè)計(jì)中，必須正確掌握纖維的布置方向。根據(jù)混凝土構(gòu)件加固計(jì)算，可以采用連續(xù)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(yōu)于整條布的加固效果。

　　3 碳纖維加固結(jié)構(gòu)施工特點(diǎn)

　　碳纖維加固結(jié)構(gòu)技術(shù)是利用碳纖維材料的特性，將碳纖維粘貼在結(jié)構(gòu)表面，從而起到對(duì)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)作用。在實(shí)際施工過(guò)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(duì)于各種不同類型的節(jié)點(diǎn)、不規(guī)則的部位，都可用碳纖維進(jìn)行加固處理。在橋梁加固運(yùn)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(qiáng)度和剛度；也可粘貼在梁的腹板上，用以提高其抗剪強(qiáng)度；還可以將碳纖維纏繞在節(jié)點(diǎn)部位以滿足抗震設(shè)計(jì)的要求，具有高強(qiáng)高效、施工便捷、周期短等特點(diǎn)。在碳纖維結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用中，影響加固質(zhì)量的因素主要有兩方面，一是碳纖維材料的抗拉強(qiáng)度，二是粘貼碳纖維材料用粘結(jié)劑的剪切強(qiáng)度。碳纖維和混凝土的粘結(jié)質(zhì)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(zhǎng)度的影響，適應(yīng)面廣。以上優(yōu)點(diǎn)將使碳纖維加固結(jié)構(gòu)技術(shù)在國(guó)內(nèi)未來(lái)的加固行業(yè)中起著越來(lái)越重要的作用。

　　4 碳纖維加固施工工藝特點(diǎn)

　　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(dāng)調(diào)整。如果在冬季施工，應(yīng)控制其凝固溫度在10℃以上。

　　4.2 加固前應(yīng)檢查待加固構(gòu)件表面情況，一定要注意粘貼面必須是結(jié)構(gòu)面，對(duì)于有較大裂縫及凹陷處，應(yīng)該用膠泥補(bǔ)平。

　　4.3 碳纖維加固技術(shù)施工速度快，施工工藝簡(jiǎn)單，尤其是在加固過(guò)程中能保證橋梁的正常使用，減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

　　5 粘貼碳纖維片材加固施工技術(shù)

　　5.1 面層處理

　　混凝土表面的劣化層必須用砂輪機(jī)去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機(jī)與毛刷將待補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的粉塵及松動(dòng)物質(zhì)去除，用水洗凈后，必須使其充分干燥。

　　5.2 斷面修復(fù)

　　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(qiáng)度相等或大于混凝土的環(huán)氧樹(shù)脂砂漿材料修補(bǔ)。裂縫以環(huán)氧樹(shù)脂灌注，裂縫或打除部分若有漏水情形時(shí)，應(yīng)先做好止水、導(dǎo)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(jī)或砂輪機(jī)將其鏟除并使其平滑。凹陷部分（打除部分）以環(huán)氧樹(shù)脂或樹(shù)脂砂漿*。轉(zhuǎn)角處需研磨至凸角R=20mm（R-曲率半徑）以上，凹角則以樹(shù)脂砂漿*。

　　5.4 底層涂料

　　氣溫在5℃以下，雨天或RH大于95%時(shí)，不可施工。施工范圍的溫度、濕度確認(rèn)后，選用適當(dāng)?shù)牡讓油苛?。施工現(xiàn)場(chǎng)空氣應(yīng)十分流通，嚴(yán)禁煙火，并且施工時(shí)必須要穿帶保護(hù)裝備。

　　5.5 碳纖維片材的粘貼

　　纖維貼片預(yù)先以剪刀、刀子依所設(shè)計(jì)的尺寸大小裁好，依使用量剪裁尺寸，長(zhǎng)度在2 m以內(nèi)很適當(dāng)。為防止保管期間的破損，裁剪數(shù)量只裁所需使用的數(shù)量。施工面底漆的干燥程度可以指觸確認(rèn)。底漆施工超過(guò)一星期以上時(shí)，應(yīng)以砂輪機(jī)磨平。

　　6 尚待解決的技術(shù)關(guān)鍵

　　6.1材料的開(kāi)發(fā)問(wèn)題。盡管國(guó)外已有多種定型成熟的碳纖維材料產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)的大規(guī)模開(kāi)發(fā)應(yīng)用不能*依賴于進(jìn)口產(chǎn)品，國(guó)產(chǎn)化是實(shí)現(xiàn)的一個(gè)根本條件。國(guó)產(chǎn)的PAN基碳纖維強(qiáng)度指標(biāo)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(yù)浸料生產(chǎn)及加工成品質(zhì)量方面仍有較大欠缺，均勻性也較差。同時(shí)，上述單一的性能指標(biāo)也不可能滿足對(duì)碳纖維材料多樣化的要求。因此，國(guó)內(nèi)有關(guān)材料與建筑的研究、生產(chǎn)與使用單位如何更好協(xié)調(diào)研究并生產(chǎn)出適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的碳纖維材料是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，也將有很長(zhǎng)的路要走。

　　6.2 碳纖維材料加固修補(bǔ)使用的技術(shù)方面問(wèn)題。這主要體現(xiàn)為國(guó)內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程的制訂上，盡管國(guó)外一些國(guó)家已有了較完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，但并不適合中國(guó)，不能照搬，我們至少還需要做一些關(guān)鍵的試驗(yàn)研究以解決或驗(yàn)證諸如疲勞性、耐久性、延性等方面的技術(shù)難題，并盡早制訂出我國(guó)自己的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與施工指南。

　　7結(jié)語(yǔ)

　　碳纖維材料的出現(xiàn)和成功應(yīng)用于土木工程的加固與補(bǔ)強(qiáng)上，使土木工程加固技術(shù)研究更上一個(gè)臺(tái)階。碳纖維是一種新型建材，因其質(zhì)輕、耐腐蝕、片材很薄、抗拉強(qiáng)度高而被廣泛應(yīng)用。碳纖維布加固法亦被視為梁式橋加固補(bǔ)強(qiáng)、提高承載能力，尤其是當(dāng)高度受限制時(shí)的*加固方法。

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