碳纖維布在橋梁加固施工中的應(yīng)用
2015-06-23
一、 碳纖維布加固的特點(diǎn)
碳纖維布加固原理是將碳纖維布，采用高性能的碳纖維配套樹脂浸漬膠粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及強(qiáng)度的目的。與傳統(tǒng)的粘鋼法等其他加固工藝相比，采用碳纖維布加固橋梁具有以下幾個方面的優(yōu)點(diǎn)：
1、采用碳纖維布加固法不增加恒載及斷面尺寸，不影響結(jié)構(gòu)的外觀，不減小橋下凈空；碳纖維布的自重一般為150-450g/m2，厚度為0.111-0.167mm，對整個結(jié)構(gòu)重量及橋下凈空的影響微乎其微，可忽略不計(jì)。
2、可適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的外表尺寸，成型方便，特別對于斜、彎、坡及異型結(jié)構(gòu)的加固，若采用傳統(tǒng)的粘鋼法等加固措施，施工難度大，而采用碳纖維布加固法，因碳纖維布的隨型性極強(qiáng)，可以隨結(jié)構(gòu)外形變化任意施工。
3、對原結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生新的損傷，碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)系采用配套樹脂等粘結(jié)材料，不需要設(shè)置錨固螺栓和開鑿混凝土等，因而不會對已經(jīng)損傷的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新的破壞。
4、碳纖維布具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，由于加固只使用碳纖維布和配套樹脂，因而具有耐酸、堿、鹽和大氣環(huán)境腐蝕等性能。
二、碳纖維布加固的主要材料要求
2、碳纖維布浸漬、粘結(jié)用膠黏劑必須采用專門配置的改性環(huán)氧樹脂膠黏劑，其安全性能指標(biāo)應(yīng)滿足：抗拉強(qiáng)度不小于40Mpa，抗壓強(qiáng)度不小于70Mpa，受拉彈性模量不小于2500Mpa，伸長率不小于1.5%，與混凝土的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不小于2.5Mpa，且為混凝土內(nèi)聚破壞。
3、粘帖碳纖維布底膠和修補(bǔ)膠應(yīng)與浸漬、粘結(jié)膠黏劑相適配，其安全性能指標(biāo)應(yīng)滿足：與混凝土的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不小于2.5Mpa，且為混凝土內(nèi)聚破壞。
4、混凝土裂縫修補(bǔ)膠的性能應(yīng)滿足：抗拉強(qiáng)度不小于20Mpa，抗壓強(qiáng)度不小于50Mpa，受拉彈性模量不小于1500Mpa，在規(guī)定壓力下能注入寬度0.1mm裂縫。
5、壓條鋼板采用Q345-C級鋼，屈服強(qiáng)度345Mpa，抗力強(qiáng)度470-630Mpa；壓條鋼板的連接采用M16錨栓，要求為6.8級高強(qiáng)合金鋼錨栓，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值600Mpa。
三、工程實(shí)例
1、工程概況
西漢高速跨西余鐵路大橋位于西漢高速公路K1124+642，橋長566米，為28-20米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)為雙柱式墩，埋置式橋臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)荷載為汽車-超20，掛車-120，2002年12月建成通車。經(jīng)過近10年的使用，該橋局部出現(xiàn)箱梁梁底、翼緣板、腹板縱向裂縫等病害，為確保橋梁的使用安全，運(yùn)營單位決定進(jìn)行加固維修。
2、主要方案
主要采用裂縫修補(bǔ)和粘貼碳纖維布的方案。一是對箱梁底板、腹板、翼緣板縱向裂縫病害進(jìn)行裂縫處理。處理原則為：0.1-0.15mm（不含0.15）寬度裂縫進(jìn)行表面封閉處理，0.15mm及以上寬度裂縫進(jìn)行注膠處理。二是對箱梁腹板豎向裂縫病害，在梁底和梁腹板同時粘貼碳纖維布，梁底粘貼3層，寬度1m，長度8-10m，碳纖維布對稱于跨中粘貼；梁腹板兩側(cè)粘貼2層縱向碳纖維布，寬度0.25m，長度10m。
四、碳纖維布加固施工工藝
1、施工技術(shù)要點(diǎn)
?。?）混凝土表面處理
清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層；被加固構(gòu)件表面打磨平整，除去表層浮漿、油污等雜質(zhì)，直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整；應(yīng)按設(shè)計(jì)要求對裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理；表面打磨后，用強(qiáng)力吹風(fēng)器或吸塵器將表面粉塵徹底清除，并保持干燥。
?。?）配制并涂刷底層樹脂
按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制底層樹脂；采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。宜在底層樹脂表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一工序的施工。
（3）粘貼面找平處理
使用找平材料找平，宜在找平材料表面指觸干燥后，盡快進(jìn)行下一工序的施工。
?。?）碳纖維布剪裁
按設(shè)計(jì)規(guī)定尺寸剪裁碳纖維布，切記必須滿足設(shè)計(jì)尺寸，嚴(yán)禁斜切碳纖維布，并防出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象；保證剪裁后的碳纖維布方向與粘貼部位的方向一致；剪裁成型的碳纖維布注意保護(hù)潔凈不受污染。
?。?）配制并涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂
配制粘結(jié)劑前應(yīng)仔細(xì)閱讀其使用說明書；按粘貼面積確定每次用量，以防失效浪費(fèi)；嚴(yán)格按重量比計(jì)量使用配制；按廠家配合比和工藝要求進(jìn)行配制。攪拌應(yīng)順時針一個方向攪拌，直至顏色均勻，無氣泡產(chǎn)生，并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)混入；調(diào)制好的粘結(jié)劑抓緊使用。
?。?）粘貼碳纖維布
粘貼碳纖維布前應(yīng)對混凝土表面再次擦拭，確保粘貼面無粉塵；混凝土表面涂刷結(jié)構(gòu)膠，必須做到涂刷穩(wěn)、準(zhǔn)、勻的要求，即：穩(wěn)，刷涂用力適度，盡量不流不墜不掉；準(zhǔn)，涂刷不出控制線；勻，涂刷范圍內(nèi)薄厚較一致；碳纖維布粘貼時，同樣要穩(wěn)、準(zhǔn)、勻，核心要求做到放卷用力適度，使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢；滾壓碳纖布必須從一端向另一端滾壓，不宜在一個部位反復(fù)滾壓揉搓，滾壓中讓膠滲透纖維布，做到浸潤飽滿。碳纖維布需要搭接時，必須滿足規(guī)范要求≥100mm；多層粘貼時，應(yīng)在碳纖維布織物表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一層的粘貼。
碳纖維布粘貼順序：先粘貼腹板2層碳纖維布，然后粘貼底板碳纖維布和壓條碳纖維布，再粘貼U型箍碳纖維布。
（7）中橫隔板位置碳布連接處理
先對橫隔板鋼板壓條位置進(jìn)行打磨，保證鋼板與混凝土結(jié)合面密貼，鉆螺栓孔，清孔后插入螺桿，在螺桿與孔壁間注入膠黏劑。碳纖維布在穿過螺桿時可將縱向纖維布分向螺桿兩側(cè)，不得截?cái)嗫v向纖維。兩層碳布粘貼完成后，在碳布和鋼板結(jié)合面上抹膠黏劑，將鋼板壓在碳布表面，同時擰緊螺栓兩側(cè)的螺帽對鋼板加壓，同時輕敲鋼板表面，檢查鋼板下膠黏劑的飽滿程度，若出現(xiàn)空洞應(yīng)重新粘貼。
?。?）罩面防護(hù)處理
粘貼完碳纖維布后，及時在其表面再均勻涂抹一層浸漬樹脂，自然風(fēng)干；確保帖片表面已充分風(fēng)干后，在其表面涂抹一層聚合物砂漿進(jìn)行封閉防護(hù)。
?。?）鋼板及螺栓防腐處理
粘貼劑完全固化并對碳纖維布粘貼密實(shí)性檢查完后，對鋼板外露表面和側(cè)面部分用鋼絲刷進(jìn)行除銹，直至露出金屬光澤；在鋼板和螺栓表面涂刷3道防銹漆。
2、施工注意事項(xiàng)
?。?） 由于碳纖維用膠最適宜的溫度在20～25℃，施工前，每天測量氣溫3次，視氣溫高低，適當(dāng)調(diào)整施工日期。如果確需在較低溫度下施工時，必須采取相應(yīng)的加溫養(yǎng)護(hù)措施，如用紫外線燈烘烤等措施來進(jìn)行施工。
?。?）碳纖維布為導(dǎo)電材料，施工碳纖維布時應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備和電源，或采取可靠的防護(hù)措施。
結(jié)語
由于橋梁設(shè)計(jì)過程中受遠(yuǎn)期規(guī)劃、施工等因素的影響，目前國內(nèi)許多現(xiàn)有橋梁已不能滿足使用要求，需要進(jìn)行現(xiàn)狀評估、加固處理等。粘貼碳纖維布加固技術(shù)是結(jié)構(gòu)性加固技術(shù)，對于橋梁的安全運(yùn)行致關(guān)重要。實(shí)踐證明，碳纖維布加固橋梁工程的優(yōu)越性是非常明顯的，在土木工程加固補(bǔ)強(qiáng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
