上海桥梁裂缝加固

在工程应用研究方面，重点研究碳纤维片材（碳纤维布/碳纤维板之总称）。在90年代由国家课题支持开展碳纤维片材在混凝土结构（包括桥梁、隧道、水利设施和房建结构），取得了应用成果并得到广泛推广。2003年由中国工程建设标准化协会颁布了《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》（CECS146：2003），作为指导性文件提供了设计施工和质量检验依据。而碳纤维片材用于桥梁加固技术是目前应用较为普遍的技术之一，其十几年来的应用为桥梁加固事业作出了历史性的贡献。
　　针对传统桥梁加固改造工程中所存在不足，诸如：因采用的加固材料（如钢板/纤维布）温缩模量与混凝土钢筋混凝土材料的温缩模量差异较大，不能形成同步的温缩变形状态，影响加固耐久性；采用钢材加固增加防锈处理等后期维护投人；以及采取增大截面法，结构面会留下不和谐修补“伤疤” 影响结构外观和技术状况评价等问题，碳纤维筋桥梁加固是一项新的应用外粘高性能碳纤维复合材料增强结构技术，主要形式包括“嵌人植筋加强法" 和“体外配筋扩大截面增强法"。碳纤维筋与高强聚合物砂浆的联合使用充分利用了纤维棒筋的抗拉伸强度、聚合物砂浆的快凝强度和砂浆与钢筋混凝土结构的温缩模量的近似特性，既可提升钢筋混凝土结构的承载能力，也可充分利用新材料环境特征，达到维修、加固、利用与修旧翻新的综合作用。
2.碳纤维复合筋的性能
　　碳纤维复合筋为棒型材料，主要成分为由碳纤维，通过特殊技术处理与树脂高温固化而成。碳纤维分子结构界于石墨和金刚石之间，含碳体积分数在0.9以上。碳纤维根据原丝类型可分为聚腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种，由原丝纤维加热**温后除杂获得。根据碳纤维原丝类型可分为聚腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3 种。目前,PAN碳纤维按力学性能又分为高模量**高模量、高强度和**高强度4种；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束以1K、3K、6K、12K和24K（1 K为1 000根长丝单位重量），大丝束为48K以上。
2.1碳纤维的优势
　　碳纤维具有较强的防水和防渗漏的特点，具有耐酸、耐碱的耐腐蚀性，阻燃性和良好的力学性能和良好的导电导热性，因此也在建筑工程和其他领域被广泛运用。据投资顾问行业研究中心相关统计数据显示,目前,世界碳纤维的需求量将以每年约13%的速度增长。由此可见，碳纤维的使用将越来越广泛。
2.2碳纤维复合筋的特性
　　碳纤维复合筋的主要技术指标及其与钢筋对比如下表：
表1 碳纤维复合筋的技术指标及其与钢筋的对比表
名称
碳纤维复合筋
钢筋
密度（g/cm3）
1.5
7.9
抗拉强度（MPa）
≥1800
≥500
弹性模量（GPa）
≥140
≥200
线膨胀系数10-6/℃
0.6
12
　　从表格中可以看出，碳纤维复合筋的密度远远小于钢筋，同样体积的材料，重量上碳纤维复合筋的优势很大；碳纤维复合筋抗拉强度也大于钢筋，其热膨胀系数较低，就说明在相同的温度下，膨胀的程度会低很多。
　　碳纤维复合筋的主要性能：（1）质量轻（相当于钢密度的1/5）；（2）强度高（抗拉强度是钢筋的4到5倍）；（3）密度小（1.5g/cm3）；（4）弹性模量高（弹性回复100％）；（5）热膨胀系数小，耐高温和低温性好；（6）耐酸性好，对酸呈惰性，耐浓酸侵蚀；（7）与砂浆附着力强。
3. 聚合物砂浆特点
　　聚合物砂浆是由水泥、速凝添加剂、粉末状聚合物、碎石与水等混合拌制而成，其粘结强度高，热膨胀系数与混凝土类似。
　　聚合物砂浆的主要特点：（1 )黏附性好，与原结构旧混凝土表面黏附良好，使纤维筋与原结构共同受力；（2）稳定性好，能有效抑制有害物质的渗透和扩散；（3）和易性好，利用快捷、速凝的功能特点，修缮结构腐蚀表面，达到修旧如新。聚合物砂浆可以维修各种老化受损的混凝土表面。
4. 国内桥梁加固现状
　　桥梁作为公路交通的关键设施，具有跨越深谷、承受运载、通航泄洪、保证安全、连接路网的重要功能。目前，我国各级公路上营运的桥梁总数达 60余万座。
　　按桥梁设计技术标准对大中小类型的桥梁平均使用寿命测算，桥梁平均设计使用寿命在50年左右。全国年均需要改造翻新的桥梁约有10 000 余座，合计约60余万延米。以二级路为例，每年国家需要投人的桥梁改造费用上百亿币，这是一笔巨大的投资。根据近10年危桥改造的统计数据表明，现有重交通组成作用下的桥梁使用寿命平均在33年之内，部分路段桥梁的使用寿命甚至更短。如何更有效的延长桥梁的使用寿命、如何更有效的提高危险桥梁的改造利用技术、如何将加固后的桥梁变得更持久，是当前桥梁管理中面临且急需解决的问题。
　　面对当前大规模的桥梁改造任务，各级桥梁管理部门都十分重视其处理效果，近年来积极研究和寻求有效的维修加固新技术，但这并不是一件容易的事情，目前在桥梁加固改造中常采用的技术还是十几年前的研究成果，主要方法如：“钢板加固法”、“扩大截面加固法”、“体外（内）预应力加固法”、“碳纤维布加固法”等，这些材料技术为轻交通状态下的桥梁加固做出过贡献。随着近几年重交通的发展和扩散，现有桥梁的加固材料和工艺技术在适应性方面面临巨大挑战。一方面是目前所使用的加固材料（如钢板/纤维布）其温缩模量与混凝土钢筋混凝土材料的温缩模量差异较大，造成加固后的补强材料与原结构的温缩变形差异化，形成不同步的温缩变形状态，影响加固耐久；另一方面当前加固中为提高结构受力的高强材料仍然采用钢材，因钢材有防锈处理的要求，这样就增大了后期的维护投人，在结构层面上需要增设3 cm以上厚度的防锈保护，造成自重增加，影响使用效果；此外，在增大截面法中，因材料强度因素，需要增厚自重增加，影响结构受力和加固效果。现有加固材料和工艺中即便是解决了受力要求，但施工后的结构面会留下不和谐修补“伤疤”，影响结构外观和技术状况评价。
　　由此可见，研究和选择一种高强、防腐蚀、经济、施工方便，且与钢筋混凝土材料温缩模量相一致的维修加固材料，达到理想的加固改造，且能提高桥梁的承载能力是十分迫切和必要的工作。
首先原构件混凝土表面去除表面浮浆、油污等杂质，并对混凝土构件加固部位进行凿毛处理。对加固表面缺损的坑洼部位采用高强聚合物砂浆预先修补，待混凝土表面干燥后涂抹界面剂。随后安装锚具及碳纤维复合筋，利用锚具固定碳纤维复合筋，碳纤维复合筋应紧贴加固面，压条及螺栓均应采用不锈材料；安装完后，喷涂高强聚合物砂浆，砂浆厚度不小于20MM，施工温度应在10℃-35℃，后对表面进行养护.

详解碳纤维布加固施工过程中不容小觑的4个细节
　　说到建筑物的加固施工，大家现在对其的了解都比较多，目前我们常用的加固方法有碳纤维加固法、混凝土加固法、粘钢加固法等，不同的加固方法优势不同，对施工环境也有不同的要求，在多种加固方法中，由于碳纤维加固方式具有很多优点，目前在建筑工程中的应用频率也较高，碳纤维布是一种优质的加固材料，使用碳纤维布加固施工时，也有很多需要注意的细节问题，今天小编就来带着大家一起详细的了解下。
一、对施工环境的要求
　　虽然碳纤维材料能够在恶劣的条件下施工，不过，为了保证加固施工的效果，我们对施工环境还是要重视起来的，一般情况下，对施工温度的要求并不是太高，施工现场的温度不能低于5度，否则需要进行加温处理，如果施工温度长期低于5度，需要暂时停止施工，以免影响到加固效果。
　　二、加固后的养护工作
　　自然养护的时间是24小时，要保证加固的部位不受外力的干扰和冲击，如果是室外施工，还需要保证加固部位不能淋雨，施工结束后，加固部位养护5天的时间就可以投入使用了。
　　三、施工安全的具体要求
　　1、裁剪碳纤维布时，需要远离明火和电源；
　　2、碳纤维布材料的储存环境应该选择在密封的环境中，切忌要远离明火，还需要避免阳光的照射；
　　3、在配制结构胶时，需要在通风良好的环境中配制；
　　4、施工现场需要配备灭火器，以免发生安全事故时，能够及时施救；
　　5、施工人员只要进场就要佩戴安全帽，穿着工作服，对于有烟瘾的施工人员来说，在施工现场，不能携带打火机和进场，以免引发火灾。
　　四、施工现场的详细记录
　　一般情况下，大型工程都有专门的记录人员，为了避免施工材料的浪费使用，对于每道加固工序使用的加固材料数量都需要详细记录在册，对于短缺的材料也需要记录并及时上报。

在认识碳纤维增强塑料复合材料制品时，很多人看到具有碳纤维纹路的制品感觉就是酷，具有时尚科技感。今天我们就来探讨不同碳纤维纹路来做碳纤维复合材料制品有什么不一样。
碳纤维在复合材料中起到承载载荷的作用，外界作用于CFRP复合材料上的力都会经塑料传递给碳纤维，所以对CFRP复合材料的破坏首先要破坏碳纤维。
那么对碳纤维的破坏基本可分两种，一种是平行于碳纤维方向的拉伸力，这个力会将碳纤维拉断，所以要求碳纤维具备较高的拉伸强度；另一种是剪切力，这个力垂直于碳纤维方向，要求碳纤维具备较高的抗剪切强度。可惜在所有碳纤维供应商产品性能参数一栏里都没有出现碳纤维剪切强度的表述。这是因为首先碳纤维剪切强度很小，另一方面碳纤维本身属于一维材料，在直径尺度很小，对碳纤维制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纤维的拉伸力。
有了这个概念，那么进行复合材料制品设计过程中，尽可能了解制品的受力情况，然后对制品的纤维排布方向进行针对性的优化，尽可能的使作用于碳纤维复合材料外力分解成不同方向上碳纤维的拉伸力，因为拉伸强度高是碳纤维的优势，以己之长攻彼之短嘛。二维的编织布是制造碳纤维复合材料制品和预浸料的原料，也是进行纤维排布方向优化的基础。那么对不同碳纤维布编制方向的了解将会有助于碳纤维复合材料制品的设计。
平纹编织的特点是经纱和纬纱以一上一下的规律交织。也就是经纬纱每隔一根纱就交错一次（如图1、2），所以交织点多，使织物坚牢、耐磨、硬挺、平整，但弹性较小，光泽一般，平纹织物密度不可能太高，较为轻薄，耐磨性较好，透气性较好，布面均匀且正反面相同。这种碳纤维布的纤维束由于一直处于上下起伏的状态，纤维弯曲点比较多，在受拉伸过程中伸长率较高。同时由于相邻两根经纱和相邻两根纬纱交织点位置由于纤维束的滑动出现眼孔。平纹编织的变种形式也很多，比如12K经纱与1K纬纱混合编织。由于经线和纬线方向上纤维束的反射光不同，因此平纹编织纤维布可观察到格子状的外观，类似于国际象棋的棋盘。
斜纹编织纤维布具有与纤维束排布方向有一定夹角的斜向纹路（如图3、4），这个纹路方向上并不存在纤维束，而是由于纤维束经纬向编织过程，经向或纬向纤维束跳过两束纬向或经向纤维进行编织。也就是纤维束一上一下的编织频率减小，纤维束浮长增大，同时相邻两个纤维束错开一个编织位。这样就造成了斜纹编织布的斜向纹路特点。这种斜纹外观具有很强的立体感，用来做汽车改装制品，比如面板、引擎盖、排气筒等。
缎纹编织具备单独的、互不连续的经交织点（或纬交织点）在组织循环中有规律的均匀分布如图（5、6），这样的编织形式称为缎纹。它的特点是经线（或纬线）浮线较长，交织点较少，它们虽形成斜线，但不是连续的，相互间隔距离有规律而均匀，此纤维布结构形式称为缎纹组织。缎纹纤维布经纱和纬纱至少隔三根才交织一次，因此这种编织结构使织物密度更高，因而纤维布更加厚实。这种缎纹纤维布表面平滑匀整，质地柔软，富有光泽或稍呈纹路。这类纤维布强度低于平纹和斜纹。
这三种编织形态由于碳纤维束受到弯曲和其他纤维束的影响造成碳纤维布的强度有差异，而且表征碳纤维编织布强度会有拉伸力、撕扯力、**破力、弯曲力等，这些也是随着编织方式的不同各有差异。总体来说在碳纤维束排布方向上的拉伸强度与纤维强度和纤维摩擦力相关。而与纤维束不同的方向上的拉伸力则与纤维的编织形态关系较大了，一方面这一拉伸力可分为纤维平行方向和垂直方向上的力，平行方向的力要求纤维强度高，垂直方向上的力则与编织形态对纤维束的阻力有关了。
东华大学纺织学院在研究编织结构对织物强度的影响则有平纹>斜纹>缎纹。而在撕扯强度方面则有缎纹>斜纹>平纹。不过单独研究编制结构对复合材料的影响有一些片面，需要综合基体材料及制品受力情况来考量。
本文说论述碳纤维布的概念属于狭义范畴，碳纤维布有编织类的，就像我们今天将的平纹、斜纹、缎纹编织；类的，像薄毡和无纺布；还有一种无纬布，就是整个纤维布的纤维排布在一个方向上，这在预浸料中很常见，靠网胎和树脂保持布状形态。碳纤维布是我们设计复合材料的基础，根据受力情况优化某一方向上纤维束的排布方向是关键，可设计性是复合材料得以存在的优势，国内复合材料制品企业在这一方面的研究应该更深。

粘钢加固和碳纤维布加固能不能互换？
在加固工程之中，粘贴碳布与粘钢加固，是我们常见的加固方法，那么究竟碳布与粘钢加固有哪些相同与不同之处呢？今天我们就来深入了解一下吧!
加固机理相似
粘贴碳纤维布加固和粘钢加固的形式和加固机理比较类似，本质上相当于增加构件配筋，在抗剪、抗弯加固中一般可以互相替换。
粘钢加固工法的优势
碳纤维和钢材弹性模量基本一致，但碳纤维的抗拉强度是钢材的10倍左右，所以要充分发挥加固材料的强度，粘贴碳纤维需要加固构件产生更大的形变。也就是说，在小变形情况下，粘贴碳纤维加固应力滞后显著，所以当构件承载力相差较多时，应**选用粘钢加固；
碳纤维和钢材弹性模量基本一致，达到同样的力值，钢材截面要大的多，所以粘钢加固提高构件钢度的幅度要**过碳纤维加固。也就是说，若补充同样的抗弯能力，构件粘钢加固的挠度、裂缝宽度小于粘碳纤维加固的；
钢板上可以焊接锚筋，也可钻孔设植筋锚固，所以粘钢加固的锚固方式较粘碳纤维灵活；
碳布加固工法的优势
如果将碳纤维布抗拉强度设计值取为2000MPa，钢材(Q235)抗拉强度设计值取为200MPa，可按照0.1mm厚碳纤维布则可相当于1mm厚钢板。
此外，碳纤维轻、薄，不需要大型施工机械，运输储存、施工简便，同样工程量，粘贴碳纤维施工工期约是粘钢的40%。碳纤维和钢材相比，属惰性材料，不锈蚀，也不易被有害介质腐蚀，在恶劣环境下耐久性好。
碳纤维还具有柔韧性，能够包裹复杂外形的构件，并非很光滑的结构建筑的钢筋表面基本有效粘贴率也可以达到**，粘贴钢板是很难达到**有效的粘贴面，相应的验收标准仅仅是达到70%。
在加固工程之中，单采用一种加固工法就将问题完全解决，少之又少，换言之，任何加固工法都会有自己的使用局限，我们就需要掌握每种加固工法的优势，将每种加固工法的优势充分发挥出来，为结构安全**。