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如何运用碳纤维进行桥梁加固补强

来源:加固修补材料 2017-05-10 22:54:21      点击:

  1.前言中国梁工程发展已具有相当规模,公路交通量不断增加,行车密度及车辆载重越来越大,公路梁负荷日趋加重。有一部分公路梁是中国2O世纪8O年代以前修建,因其设计荷载标准偏低,普遍存在承载力不足问题。而2O世纪8O年代以后修建,其中已有不少梁暴露出缺陷,更有一些在远没有达到设计寿命时出现耐久性能严重退化现象,影响其承载能力和使用寿命。因此,采用适当加固和改造技术措施,恢复和提高承载能力及通行能力,延长使用寿命,以适应现代化交通运输需要变得十分迫切。

  2.碳纤维材料特性碳纤维增强塑料是碳纤维材料通过一定制作工艺与特定树脂材料复合而制成,其力学特点是应力应变量完全线弹性,不存在屈服点或塑性区。碳纤维材料具有优异物理力学性能。加固混凝土构件所用碳纤维布,是由碳纤维长丝经编织而制成柔软片材。碳纤维布在编织时,将大量碳纤维长丝沿一个主方向均匀平铺,用极少非主方向碳纤维丝将主方向碳纤维丝编织连接在一起,形成很薄以主纤维方向受力碳纤维布。碳纤维布抗拉强度标准值应大于3000Mpa,弹性模量大于2.1×l05MPa.综合材料物理、力学特性分析,要想最大限度地发挥材料自身优势,适宜将C(RP材料作为结构受拉或预应力受弯构件,特别适用于纯受拉构件,工程实践也证明了这一点。目前,用于梁加固碳纤维材料主要是承受拉应力,约束裂缝开展。

  3.碳纤维加固补强施工工艺3.1根据设计确定粘贴碳纤维范围进行基底处理a)将砼构件表面残缺、破损及碳化层部分清除干净,达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀,并进行必要处理。对经过剔凿、清理和露筋构件残缺部分进行修补复原;b)裂缝修补。缝宽小于0.2mm裂缝,用环氧树脂进行表面涂刷密封;大于0.2mm裂缝用环氧树脂灌缝;c)将构件表面凸出部分(模板段差等)打磨平整,修复后段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm圆角;d)清洗打磨过构件表面,并使其充分干燥。3.2底层涂刷(底层涂料具有较强渗透性,可渗入砼表面内)a)把底层涂料主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内,用搅拌器拌均匀,一次调和量应在可使用时间内用完为准;b)用滚筒刷均匀涂刷底层涂料;C)底层涂料固化后,表面有凸起部分时要用砂纸磨光;d)注意在气温小于5C,相对湿度大于85,砼表面含水率在8以上,有结露可能而无可靠保证措施时,均不得施工。3.3环氧腻子对构件表面残缺修补a)构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平,修复至表面平整;b)内角(段差、起拱等)要用环氧腻子填补使之平顺。3.4贴碳纤维片a)为了防止碳纤维受损,在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中,严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片,每段长度一般不超过6rn;。b)碳纤维接头必须搭接10cm以上,横向不需搭接;c)按规定比例掺配树脂主剂和固化剂,用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂,称为下涂;d)贴片时,在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气,可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压,使树脂渗入碳纤维中。3.5养护粘贴碳纤维片后,需自然养护24h达到初期固化,并保证固化期间不受干扰。3.6涂装根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面,涂刷耐火涂层和色彩。

  4.碳纤维(片材)加固处理要点在进行结构加固处理前,先对梁板采取有效地卸载和支顶措施,然后按以下施工工序进行加固施工。(1)破损面混凝土表面处理:清除被加固构件表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层。(2)按设计要求对破损面钢筋处理后用M45环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理,并保证钢筋保护层厚度不小于15mm.利用打磨机将其表面打磨平整,并用钢刷将其表面粉尘、油污等不洁物清除干净,使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外,如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm.(3)涂刷底层树脂:用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面,待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。(4)找平处理:表面凹陷部位用找平材料填补平整,且不应有菱角。(5)粘贴碳纤维片材:将配制好浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴部位,并用橡滚筒沿纤维方向多次滚压,挤除气泡,使浸渍树脂充分浸透碳纤维布,滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤,待纤维表面接触干燥时即可进行下一层粘贴。如超过60min,则应等12h后,再行涂刷粘结剂粘贴下一层。(6)在最后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂。(7)必要时进行表面防护及外观处理。

  5.注意事项(1)碳纤维片材选择注意事项碳纤维片材编织均匀性,将直接影响加固质量。碳纤维束只有分布排列均匀,加工成复合材料后才能起到整体均匀受力作用,若材质均匀性不好,则构件受力后到之纤维片拒不受力不均,使碳纤维补强效果不能充分发挥出来。因此,选择均匀性较好碳纤维片材,是加固质量关键。(2)碳纤维(片材)粘贴注意事项①在表面处理和粘贴碳纤维片材前,应按加固设计部位放线定位。②按设计要求尺寸裁剪碳纤维片材,裁剪后织物宽度不宜小于150mm且不应小于100mm.③将碳纤维片材表面擦拭干净至无粉尘。如需粘贴两层时,对底层碳纤维片材两面均应擦拭干净。④擦拭干净碳纤维片材应立即涂刷粘结树脂,层应呈凸起状,平均厚度不小于2mm.⑤将涂有粘结树脂碳纤维片材用手轻压贴于需粘贴位置。用橡滚筒顺纤维片材方向均匀平稳压实,使树脂从两边溢出,保证密实无空洞。当平行粘贴碳纤维时,两片之间孔隙应不小于5mm.⑥需粘贴两层碳纤维片材时,可连续粘贴。如不能连续粘贴,则再开始前应对底层碳纤维片材重新做好清洁工作。⑦施工宜在5℃以上环境温度条件下进行,并应符合配套树脂施工使用温度。当环境温度低于5℃时,应使用适用于低温配套树脂或采用升温处理措施。⑧施工时应考虑环境湿度对树脂固化不利影响,其粘贴部位混凝土含水率不应大于4%。⑨树脂配制时应按产品使用说明规定配比称量置于容器中,用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内不得有油污及杂质。宜根据现场实际温度决定树脂每次拌合量,并严格控制使用时间。⑩为了保证粘贴质量,不同季节、不同温度条件下,应使用不同型号粘贴树脂,这样才能对树脂施工可操作时间和固化时间进行有效控制。

  6.对碳纤维加固补强技术展望碳纤维用于砼结构修复补强虽然时间不长,但发展很快,其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点:a)施工简便迅速,无需模板、夹具、支撑等;b)不增加结构重量,碳纤维片重量200g/m.~300g/m,设计厚度0.1l1mm~0.167mm,加上环氧树脂重量也很轻,对结构自重影响可忽略不计;c)能适应各种结构外形补强;d)可以多层粘贴。可根据设计要求,在一个部位重叠粘贴。

  7.结束语随着我国高等级公路迅速发展,高速公路梁通车里程也在不断增长,梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补梁裂缝,都可以应用碳纤维布补强技术。其中进口碳纤维材料有香港麦臣、爱牢达、小西、慧鱼等大品牌。