时间:2022-10-13 05:59:38
摘要:碳纤维板材质轻高强、抗老化、耐腐蚀,有着优异的力学性能。用其加固混凝土结构施工简捷,在桥梁维修加固中得到了广泛应用。本文结合某混凝土桥梁采用碳纤维加固补强的实践,介绍其所用材料、施工工艺及加固效果分析。
关键词:碳纤维板材;桥梁;加固
中图分类号:O434文献标识码: A
随着我国经济实力增强和公路交通运输日益繁忙,特别是近些年来,我国的交通事业迎来了新的高峰,但随着公路客货运输量及交通荷载的不断增大,许多原有的公路桥梁已严重不适应交通大发展的需要。统计资料显示,很多公路桥梁长期处于超负荷运营状态,导致桥梁技术状况较差。因此,需要通过对原有桥梁进行有效而合理的加固,来提高桥梁的运营能力和荷载标准。采用粘贴碳纤维法对桥梁结构进行加固,是桥梁修补加固工程中的一种新型加固方法,能够恢复和提高既有桥梁的承载能力。
1、碳纤维板材加固原理
碳纤维材料加固混凝土结构与钢筋混凝土结构工作原理相似:是用碳纤维和树脂拉挤成型的复合材料碳纤维板材配之碳纤维板专用树脂,粘贴于构件表面,形成一个新的复合体,与原有构件共同承受承载能力、抗震能力等,提高结构的强度和刚度。
由于碳纤维板材具有与钢筋混凝土相容的特性,且其又具有耐酸碱、耐盐、耐老化、耐高温、耐低温等特性,故粘贴碳纤维板材后对原结构有良好的保护作用,可以广泛应用于桥梁加固工程。
2、加固工程实例
某钢筋混凝土梁桥位于天津市境内,桥梁全长256m。桥梁上部结构:钢筋混凝土连续箱梁结构,梁高为1.5m。桥梁下部结构:钻孔灌注桩基础,钢筋混凝土承台,上接圆形墩柱,台后填筑三七灰土。该桥于1998年年底建成通车。设计荷载:汽车―20级、挂车-100。
由于长期超载作用,该桥腹板在跨中范围普遍出现竖向裂缝,并贯通梁底;由于剪力作用,腹板在支座范围普遍出现斜裂缝;由于支座处的冲击力和梁端支座处混凝土强度不足,致使个别梁在支点至端头范围,腹板出现斜向裂缝。
根据桥梁结构理论计算、荷载试验及桥梁技术状况调查,按以下原则对桥梁加固计算:
(1)消除桥梁现有的病害,提高桥梁耐久性;
(2)通过加固补强,提高桥梁的承载能力,满足桥梁通行要求;
(3)提升桥梁评定级别。
3主要施工工艺
(1)主要材料技术指标:
碳纤维板材规格为100×1.4(mm),性能见表1;胶黏剂采用与片材相配套的底胶及结构粘结胶,胶体性能见表2。
表1碳纤维板材料性能指标
检验项目 性能指标
抗拉强度(GPa) ≥2.50
弹性模量(GPa) ≥170
表2粘碳纤维板用胶黏剂安全性能指标
检验项目 性能指标
胶体性能 抗拉强度(MPa) ≥30
抗拉弹性模量(MPa) ≥3500
抗弯强度(MPa) ≥45
抗压强度(MPa) ≥65
伸长率(%) ≥1.3
粘结能力 钢-钢拉伸抗剪强度标准值(MPa) ≥15
钢-钢不均匀扯离强度(KN/m) ≥16
钢-钢黏结抗拉强度(MPa) ≥33
与混凝土的正拉黏结强度(MPa) ≥2.5
不挥发物含量(固体含量) ≥99%
湿热老化检验强度降低百分率(%) ≤10
(2)工艺流程
混凝土表面处理混凝土结构部位修补与粘贴面找平涂刷底胶粘贴碳纤维板材表面处理质量保证
(3)施工工艺
1)混凝土表面处理
a. 按照设计要求打磨粘接部位,直至露出混凝土砼面,并将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净;
b. 对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分,进行修补、复原;
c. 裂缝修补:缝宽小于0.2mm的裂缝,用封缝胶或环氧胶泥进行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂缝用中粘度灌缝胶灌缝;
d. 打磨:将构件表面凸出部分(混凝土构件交接部位、模板的接槎等)打磨平整,修复后的构件表面尽量平顺;
e. 清洗打磨过的构件表面,并使其充分干燥。
2)缺陷部位修补与粘贴面找平
a. 将配好的底胶用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面;
b. 用环氧腻子对构件表面残缺面的修补;
c. 构件表面凹陷部位用环氧腻子填平,修复至表面平整。腻子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙纹,应再用砂纸打磨平整。
3)涂刷底胶
将配好的底胶,用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面,如果表面用环氧腻子找平,需要在环氧腻子固化前,涂刷底胶并粘贴碳纤维。
4)粘贴碳纤维板材
a. 粘贴碳纤维材料之前,首先应确认粘贴表面干燥。气温在4℃以上,相对湿度RH>85%时,如无有效措施不得施工;
b. 将碳纤维板放置在平面上,用白布蘸丙醇清洁剂擦拭板的打磨面;
c. 将结构粘结胶T型涂覆在碳板上,然后,用抹刀将HIY-JG1均匀的在擦拭过碳纤维板表面上涂很薄的一层;
d. 在粘结剂的粘贴时间内,将碳纤维板按在准备好的基面上。用橡皮滚筒压至粘结剂从板的两边挤出来,并去除多余的粘结剂;
e. 假设碳板需要交叉施工,则在第一层施工完毕的碳纤维板上用丙醇清洁剂去油,如果要多层粘贴,则必须用丙醇清洁剂擦拭碳板的两面。
5)表面处理
暴露位置的碳纤维板可用保护涂料涂覆,如环氧树脂砂浆,可以使碳纤维板表面与混凝土结构颜色一致。
6)质量保证
a. 现场制备样各种胶粘剂(底胶、腻子、环氧树脂砂浆),检测粘结剂的固化速率和最终强度抗拉或抗弯强度;
b. 当结构胶固化后,必须用轻轻敲击的方法和红外探测仪对碳纤维板进行空鼓试验;
c. 通过拉拔试验测试碳板与混凝土结构的粘结强度。
4、加固效果分析
加固完成后,对桥梁进行动、静载试验,试验结果显示,该桥加固效果良好。碳纤维板材加固技术与其他粘钢、喷射混凝土等加固技术相比,具有施工简便、不影响交通、不增加结构自重、适应性强等较多优点。综上所述,粘贴碳纤维复合材料新技术是加固钢筋混凝土结构行之有效的方法。随着我国公路事业的发展和时间的推移,大量的钢筋混凝土桥梁将步入老化期,碳纤维增强复合材料加固混凝土桥梁结构技术将有更广泛的应用和发展
参考文献
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[2] 黄颖. 碳纤维加固桥梁技术[J]. 公路交通技术. 2005(01)
[3] 刘涛. 碳纤维布在桥梁维修加固中的应用[J]. 华东公路. 2008(03)