碳纤维加固技术在桥梁结构施工中的应用

随着我国经济的发展，交通状况已经成为了各个地区制约经济发展的瓶颈。国家对道路、桥梁的建设工程及其重视。我国的桥梁技术经过很长时间的发展，已经达到了很高的水平。但是许多桥梁的修建时间较早，受到当时技术条件、建筑材料及经济方面的限制，且没有考虑到今后桥梁荷载迅猛增大的情况，在设计荷载时，标准较低，存在许多问题，如承载力不足、抗压抗磨性能较差、抗震能力低等。随着使用年限及荷载的不断增加，许多桥梁都出现了严重老化的现象，使用寿命达不到预期设计，均需要进行加固及养护工作，以延长其使用寿命及保障其能正常发挥应有的功能，并适应现代交通的高荷载状况。近年来，碳纤维加固技术以其许多优越的性能，在桥梁结构施工中得到了广泛的应用。
1 碳纤维加固技术的基本概况
碳纤维材料在建筑结构的加固技术，是今年来开始兴起的新型技术。碳纤维材料具有强度大、弹性好、韧性高等特点，其抗拉性能是建筑用钢材的数十倍。工作的原理是将碳纤维制作成碳纤维布后，根据收到损害的建筑构件的受力因素，使用各种方法将其附在建筑构件的表面，使建筑构件的受力分散，减少荷载，以达到加固的目的。该技术的构成分为碳纤维布及粘结材料，其作用和特点各不一样，具体情况如下: (1) 碳纤维布其是碳纤维材料制作而成的，不仅具有碳纤维材料强度大、弹性很好，韧性高等全部优点，可以承受较大的荷载拉力，其强度在外力的作用下变化较小。在制作过程中，使碳纤维形成一个整体之后，稳定性更佳，避免单根纤维在强力的作用下出现断裂的情况; (2) 粘合材料。其作为连接碳纤维布及受到损伤建筑构件的中间媒介，其在二者受力的传递上，容易受到较大影响。其性能也对整个加固技术是否能达到设计的效果有着直接的影响。所以，为了能够使碳纤维及建筑物构件的受力传导路线明确、信息，受客观材料的影响小，避免出现碳纤维与建筑构建在强大的外力负荷作用下剥离，发挥出碳纤维的优势，对该粘合材料的韧性指标及强度有着很高的要求。
2 施工流程
2.1 准备工作
在进行加固工作之前需要进行一些列的准备工作。先根据需要加固的桥梁的结构、特点、所处环境及受力因素进行认真考察、仔细分析，制作出参数表格，并根据该类信息选用合适的施工材料，并根据工程量计算出树脂等物资的消耗量。准备好必要的机械设备，人员配置等。另外工作人员应采取相应的保护措施，配备质量合格的防护装备，如橡胶手套、防护眼镜、防尘面具等，充分保护施工人员的身体健康。
2.2 需加固部位的预先处理
在桥梁需加固的部位，为了使之方便粘合剂的使用，使之能顺利的与碳纤维材料相连接，需对其表面采取一定的处理措施。先对需加固部位进行认真打磨，使之表面相对较为平滑。若果还桥梁所处的环境湿度较大，应先对桥面施工风干工作，保证粘合剂的有效使用。若桥面存在混凝土材料严重老化、松散及有杂物等现象，应先将其清理干净，并将其边缘整理圆滑。所有的施工面一定要保持无杂物附着、无凹凸不平区域、无松散材料等。碳纤维在各个部位粘贴时，应尽量避免出现突出、偏离设计位置等问题，因此需在粘贴环境较为复杂的桥梁的菱角部位进行打磨，使之成为光滑的为圆弧状。作为桥梁原材料的钢筋，在使用一定年限后，也会有锈蚀的状况，因此，需要使用各种方式附着在钢筋上的锈蚀物质彻底清理干净，才能保障加固材料与钢筋具有较强的握力。
2.3 涂抹底胶
按照工程要求预先计算出的物资使用量，制作出适量的环氧基液，作为施工基面的底胶。使用时，需在一定时间内完成工作，因该底胶的性质容易受到周围环境的影响; 检查基面是否处于清洁、干燥的状态下，该条件是底胶有效发挥粘结效果的基本条件。再使用滚筒及粉墙刷将其均匀的涂抹于整个施工基面上，并检查有无区域被遗漏，查漏补缺，最后对其设置相应的保护设施，使之表面自然风干。
2.4 粘贴面强度处理
该工程要求桥梁的被加固面具有一定的强度，因此在休整打磨圆滑、菱角圆弧化处理的基础上，还需对敷于表面浮动的混凝土材料进行彻底的凿开、除去并清理干净，保障其处于光滑、平整、干净无浮尘的状态。凿开的部分应使用修补材料进行填充，如环氧砂浆，在凿除的空间较大的区域内，可以使用粗砂进行填补，或者根据施工要求使用其他材料进行填充。该修补材料的强度要求应适当高于原桥梁材料，且必须达到现阶段碳纤维加固施工的技术参数。该修补工作应一次性完成，如果该工作的质量取法保证，出现材料剥落、位置移动、下滑等现象，可以重复进行一次。
2.5 碳纤维片的粘贴
根据工程的设计要求，对于施工基面的宽度及大小进行准确测量，搭接长度应大于10cm，按照该数据精确剪裁碳纤维布，且剪裁切口去卷曲现象，避免在粘贴时出现基面裸露、表面褶皱或边缘翘起等现象。科学配制粘贴胶，在其额定使用时间内，将其均匀涂抹于桥梁的施工基面，使用带肋式滚刷按照碳纤维布的肌理方向进行滚动并按压，反复进行多次，使碳纤维布与粘合胶充分融合，将布内空气挤出，并保证粘合胶的厚度。该过程中应粘贴三层碳纤维布，并根据加固的部位按照一定的顺序，分三次进行粘贴，每个接口之间的距离应超过20cm。在粘贴成型时，应给予足够的压力，否则，其在重力及其他外力的作用下，出现下坠、与建筑构件之间粘贴不紧密等问题，严重影响加固工程的效果。
2.6 碳纤维布表面的后期处理
粘合材料成型后，考虑到其使用寿命及后期保养工作，应先做好基础防护措施。根据工程的要求将碳纤维材料的表面涂抹不同的防护材料。如需要单纯的防止风干、延缓老化，需在碳纤维布的表面涂抹防晒漆; 如果需要提高其防火性能，则需在其表面均匀涂上一层防火漆，避免高温损伤。
3 总结
我国的交通运输量在以每年50%的涨幅，持续不断的增长，其一再的成为人们关注的焦点，国家对其的重视程度，从不断加大的投入上可见一斑。高等级公路的快速发展，桥梁的大量建设，标志着我国交通建设事业在一定时期内取得了很好的成绩。但是桥梁等建筑再使用过程中，由于各种原因出现的承载力下降、建筑材料的强度降低等现场，因此所需的修补及保养也是必不可少的。碳纤维加固技术以其受力因素简单、传导路径明确、施工方便、适用范围广、易于控制等特点，在桥梁施工中的运用越来越广泛，其能有效提高桥梁的承载能力及安全性，使之最大的发挥其功能。该材料的使用还可以在实践中进一步探索，发现其更广阔的使用方向，促进交通事业的不断发展，值得在实践中推广应用。