Обычная ткань из углеродного волокна, специальный материал для противопожарного ремонта и усиления мостов, повышает несущую способность балок. 2026-05 2 13540678433

Области применения углеродного волокна в ремонте мостовых конструкций

В связи с непрерывным развитием инфраструктурного строительства в Китае мосты, как важная составляющая транспортной сети, привлекают все большее внимание с точки зрения безопасности и долговечности. В последние годы произошло множество случаев повреждения мостовых конструкций в результате пожаров, перегрузок и старения, что выявило ограничения традиционных армирующих материалов в условиях сложных чрезвычайных ситуаций. На этом фоне высокоэффективный композитный материал — углеродное волокно — постепенно стал основным выбором в области ремонта и усиления мостовых конструкций благодаря своим превосходным механическим свойствам и малому весу. Особенно при ремонте конструкций, поврежденных после пожаров, углеродное волокно демонстрирует незаменимые технические преимущества.

Основные характеристики и преимущества материала из углеродного волокна

Углеродное волокно — это гибкий композитный материал, сотканный из высокопрочных волокон углеродного волокна. Оно обладает чрезвычайно высокой прочностью на растяжение (до 3000 МПа и более) и модулем упругости, при этом его плотность составляет всего около 1/4 от плотности стали.

Анализ механизма повреждения мостовых конструкций после пожара

Повреждение мостовых конструкций огнем характеризуется внезапностью и широким распространением последствий. При температуре выше 300℃ внутренняя влага бетона быстро испаряется, вызывая объемное расширение и образование микротрещин; при температуре выше 600℃ прочность бетона резко падает, что приводит к сильному отслаиванию и даже структурной нестабильности. В то же время при высоких температурах снижается предел текучести арматурных стержней, теряется их пластичность, что приводит к значительному снижению несущей способности балки.

Технические стандарты и требования к выбору углеволоконной ткани для армирования мостов

В связи со спецификой проектов по армированию мостов на рынке разработана стандартизированная система продукции для углеволоконной ткани, такая как продукция класса А и класса В, соответствующая национальному стандарту GB/T 35987-2018 ?Углеволоконная ткань для конструкционного применения?. Среди них, для усиления мостовых конструкций обычно используется специальная ткань из высокомодульного углеродного волокна (ВМ-УВ), пропитанная эпоксидной смолой для обеспечения хорошего сцепления с подложкой. При выборе типа ткани из углеродного волокна следует учитывать следующие факторы: во-первых, удельный вес ткани (обычно 200 г/м2~600 г/м2), а количество слоев должно быть выбрано разумно в соответствии с напряжением в балке; во-вторых, направление волокон, обычно укладываемых вдоль направления главных напряжений для максимизации прочности на растяжение; в-третьих, совместимость с клеем: необходимо выбрать модифицированный эпоксидный клей с хорошей совместимостью и высокой износостойкостью для обеспечения надежности при длительной эксплуатации. Кроме того, некоторые высококачественные изделия также имеют огнезащитное покрытие, что может дополнительно повысить безопасность в экстремальных условиях. Технологический процесс строительства и контроль качества. Процесс строительства с использованием специальной углеродной ткани для усиления мостов включает в себя несколько этапов, таких как обработка поверхности, нанесение грунтовки, выравнивание, резка и склеивание углеродной ткани, прокатка и вентиляция, а также защита поверхности. Сначала необходимо очистить поврежденную бетонную поверхность от цементного молочка, масла и рыхлых материалов, а затем обработать ее угловой шлифовальной машиной для улучшения адгезии. После этого наносится специальная грунтовка, и после ее высыхания проводится выравнивание и ремонт для обеспечения прочного сцепления углеродной ткани. Резка углеродной ткани должна производиться точно в соответствии с проектными чертежами, чтобы избежать концентрации напряжений в местах нахлеста. В процессе склеивания следует использовать специальный валик, равномерно прокатывая ткань от середины к краям, чтобы удалить пузырьки воздуха и обеспечить полное проникновение клея. Наконец, следует нанести финишное покрытие для образования защитного слоя, предотвращающего коррозию под воздействием УФ-излучения и влаги. На протяжении всего процесса строительства необходимо строго контролировать ключевые параметры, такие как температура и влажность окружающей среды, соотношение клея и время отверждения, чтобы гарантировать соответствие каждого этапа техническим требованиям. Руководители на объекте должны отслеживать весь процесс, сохранять видео- и фотоматериалы, а также создать отслеживаемый архив качества.

Реальный пример проекта: Ремонтный проект моста через реку после пожара

В 2022 году в одной из провинций железобетонный мост с неразрезными балками, находившийся в эксплуатации более 20 лет, получил частичные структурные повреждения в результате пожара грузовика. Испытания показали, что глубина карбонизации бетона в опорах и главных балках достигла 30 мм, в некоторых местах наблюдались явные трещины, а степень коррозии основной арматуры превысила 40%. Проектная группа решила использовать углеродное волокно для аварийного армирования.

С помощью 3D-сканирования было определено распределение поврежденных участков, и разработан сегментированный и зонированный план усиления. Два слоя высокомодульной углеродной ткани плотностью 300 г/м2 были уложены продольно вдоль нижней части балки, покрывая общую площадь 860 м2. Срок строительства составил всего 12 дней, что почти вдвое меньше, чем при использовании традиционных методов. После ремонта статическое испытание под нагрузкой, проведенное независимой испытательной организацией, показало, что предельная несущая способность балки увеличилась в 1,6 раза по сравнению с первоначальным проектным значением, а прогиб находится в допустимых пределах, полностью соответствуя стандартам эксплуатационной безопасности. Успешная реализация этого проекта подтвердила техническую осуществимость и экономическую целесообразность использования углеродной ткани при ремонте мостов после пожара. Тенденции развития и направления технологических инноваций в будущем: с развитием интеллектуального строительства и технологии цифровых двойников системы усиления с использованием углеродной ткани развиваются в направлении интеллектуальности и интеграции. Например, в некоторые новые ткани из углеродного волокна интегрированы микросенсоры, способные в режиме реального времени отслеживать структурные деформации, изменения температуры и влажности, что позволяет дистанционно заблаговременно предупреждать о состоянии конструкции. Кроме того, достигнуты прорывы в исследованиях и разработке самовосстанавливающихся эпоксидных клеев, которые могут автоматически высвобождать ремонтные вещества на ранних стадиях образования микротрещин, продлевая срок службы конструкции. На уровне материалов экологически чистые и низкоуглеродистые материалы, такие как углеродное волокно на основе биомассы и переработанное углеродное волокно, постепенно входят в область инженерного применения, продвигая отрасль к устойчивому развитию. В будущем ткань из углеродного волокна перестанет ограничиваться одной функцией армирования, а станет ключевым компонентом интеллектуальных структурных систем, интегрированных в платформы управления жизненным циклом мостов, обеспечивая фундаментальный сдвиг от ?пассивного ремонта? к ?активной защите?.