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碳纤维在桥梁梁体加固中的应用

文章出处:悍马加固材料人气:-发表时间:2017-08-10 14:54【

碳纤维在桥梁梁体加固中的应用

交通设施是保证国民经济和社会健康发展的重要基础设施,钢筋混凝土桥梁作为交通设施的重要组成部分,起到至关重要的作用。我国中小型桥梁建设过程中,20世纪60年代以析架桥为主,70年代以双曲拱桥为主,80年代以T型、桥面板的拼装桥为代表,其中要以90年代初建设的桥梁质量最差,由于勘察、设计、施工、时间等等原因,加上公路交通量不断增加,代表车型不断趋于重型化,公路桥梁负荷日趋加重。加之旧桥部分老化,破损或受原设计荷载标准的限制,普遍存在桥梁承载力不足的情况,许多现有桥梁已经不能满足现代交通的要求,这些问题不仅影响到桥梁的正常使用,严重的还会给国家和人民带来巨大的损失,为了适应现代交通的需要,满足桥梁设计规范要求,必须对桥梁进行加固补强。

新世纪土木工程的发展在很大程度上依赖于性能优异的新材料的应用和发展。对于传统的钢筋增强材料,应寻找一种强度高、重量轻、耐腐蚀和耐久性好的新材料。碳纤维作为一种新型的有发展潜力的建筑加固材料,取代传统的建筑加固材料应用广泛。

碳纤维加固技术

纤维复合材料是一种高强、轻质、耐腐蚀的新型高性能结构材料。近十年来碳纤维复合材料加固补强混凝土结构技术在工程中得到了很好的应用,尤其在桥梁加固方面,具有重要理论意义和广阔应用前景。

纤维复合材料是脆性材料,而我们知道钢筋是延性材料,用于对钢筋混凝土结构加固时,纤维复合材料的脆性性能会对结构性能产生以下两点重要影响:

第一,纤维复合材料不像钢筋那样具有延性,其脆性性能会限制加固后钢筋混凝土结构的延性;

第二,FRP材料的脆性性能限制了应力重分布。这些因素影响外贴FRP材料的加固设计,不能简单和钢筋等强度代换。要深入研究并考虑FRP材料的脆性性能,对现有钢筋混凝土结构的设计方法进行修正。

碳纤维粘结剂等粘结材料的性能

用于碳纤维加固中的粘结材料的性能必须满足规程要求,粘结材料的性能与粘结质量与加固效果密切相关,如粘结材料的性能达不到要求,必然导致加固效果降低,甚至会引起加固失效。

底层树脂的作用是增强混凝土表面层,提高混凝土与找平材料或粘结树脂界面的粘结强度,其正拉粘结强度应大于2.5MPa,且不应小于被加固混凝土的抗拉强度标准值。找平材料的作用是填充混凝上表面的空洞、裂隙等,使加固表面平整度符合工艺要求,并与底层树脂及浸渍树脂具有可靠的粘结强度,形成整体粘结体系,正拉粘结强度应大于2.5MPa,且不应小于被加固混凝土的抗拉强度标准值几。当混凝土表面平整度满足要求时,可适量减少找平材料的用量。

浸渍树脂是粘贴碳纤维布的主要粘结材料,其作用是使碳纤维丝束之间以及与混凝土之间充分粘结,以共同承受混凝土结构的荷载。树脂兼作FRP复合材料的基体和FRP与混凝土之间的胶粘剂,胶粘剂的作用特别值得关注,若粘结过弱会引起界面的破坏。当树脂的粘结作用及其重要时,如梁的受弯、受剪加固,一般选用环氧树脂作为胶粘剂,需要进行加固的混凝土结构,其混凝土强度往往相对较低,而环氧树脂的强度较高,因此界面的破坏往往发生在混凝土中。粘结树脂是粘贴碳纤维板的主要粘结材料。

碳纤维施工工艺

碳纤维复合材料的加固施工工艺是非常重要的。因为施工质量直接影响加固效果,施工质量的优良与否,体现材料的参数指标是否达标,纤维复合材料跟混凝土表面是否粘结牢固,变形是否协调,边界条件的差异大小,对加固的效果影响非常大。

1.一般施工工艺流程如下:

1)施工准备阶段

认真阅读设计施工图,根据施工现场和被加固混凝土结构的实际情况,拟定出施工方案和施工计划;对使用的碳纤维片材配套树脂和机具等做好施工前的准备工作。

2)表面处理

应清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料将表面修复平整,并按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。被粘贴的混凝土表面应打磨平整,除去表层浮浆、油污等杂质,直至完全露出混凝上结构新面。转角粘贴处应进行倒角处理并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm,混凝土表面应清理干净并保持干燥。

3)涂刷底层树脂及找平处理

严格按照产品生产商提供的工艺规定配制底层树脂,采用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。在底层树脂表面指触干燥后,尽快进行下一工序的施工。严格按照产品生产商提供的工艺规定配制找平材料。对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整,不应有棱角。转角处应采用找平材料修理成为光滑的圆弧,圆弧半径不应小于20mm。

4)粘贴碳纤维布材

(1)按照设计要求的尺寸裁剪碳纤维布;

(2)根据产品供货方的工艺规定配制浸渍树脂,并均匀涂抹于粘贴部位;

(3)将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的位置,采用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压,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;

(4)多层粘贴时应重复上述步骤,并宜在纤维表面的浸渍树脂指触干燥后尽快进行下一层粘贴;

(5)粘贴结束后,在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

5)表面防护

按照相关标准的规定做好表面防护的处理工作,并确保防护材料与碳纤维片材之间有可靠的粘结。

6)施工注意事项

(1)气温在5℃以下、相对湿度RH>85%、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时,无有效措施不得施工;

(2)由于碳纤维片为电的良导体,应使其远离电源;

(3)施工用各种树脂远离明火,并避免阳光直射;

(4)施工及检查人员应穿防护工作服,配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品;

(5)施工现场通风情况良好;

(6)当各种胶附在皮肤上时,用肥皂水冲洗,若进入眼内要立即用水冲洗或接受医生治疗;

(7)现场需做好防火等安全消防措施。


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