碳纖維復(fù)合材料加固橋梁公路的新技術(shù)

2023-01-31

自然環(huán)境各種因素的影響施工質(zhì)量和實(shí)踐交通組成改變及超載車輛的作用，已建的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)可能會(huì)呈現(xiàn)承載才能缺乏、混凝土外表裂縫等問(wèn)題。這些混凝土橋梁中絕大部分能夠經(jīng)過(guò)加固改造就能進(jìn)步或改進(jìn)結(jié)構(gòu)受力功能，從頭投入運(yùn)用。

張貼鋼板法是公路混凝土橋梁常用的加固辦法，一般是選用環(huán)氧樹脂或?qū)ｉT結(jié)構(gòu)膠將鋼板直接張貼在混凝土構(gòu)件外表，使之與構(gòu)件構(gòu)成受力全體。土木工程中的新技能往往來(lái)自新資料的運(yùn)用。自上世紀(jì)七十年代末初期，歐洲進(jìn)行纖維增強(qiáng)復(fù)合資料（FRP）在土木工程運(yùn)用研討以來(lái)，具有極好的比強(qiáng)度和比剛度、優(yōu)異耐腐蝕性的纖維增強(qiáng)復(fù)合資料已廣泛用于混凝土結(jié)構(gòu)的張貼加固工程，構(gòu)成了纖維增強(qiáng)復(fù)合資料補(bǔ)強(qiáng)加固已有混凝土橋梁的新技能，其間碳纖維增強(qiáng)復(fù)合資料（CFRP）運(yùn)用更多。

資料的根本特性

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合資料補(bǔ)強(qiáng)加固所選用的根本資料是高強(qiáng)度或高彈性模量的接連碳纖維，單向擺放成束，用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布，總稱碳纖維片材。將片材用專門制造的張貼樹脂或浸漬樹脂張貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位外表，樹脂固化后與原構(gòu)件構(gòu)成新的受力復(fù)合體，一起作業(yè)。

1、碳纖維片材；

片材碳纖維資料的拉伸強(qiáng)度在（2400～3400）MPa之間，與一般碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa比較，片材的拉伸強(qiáng)度很高。

片材碳纖維資料的彈性模量依片材力學(xué)功能不同，碳纖維片材依力學(xué)功能分紅高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高，但其伸長(zhǎng)率較低。

比較之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，闡明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)安穩(wěn)，自身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有杰出的耐寒和耐熱性。

2、配套樹脂類粘結(jié)資料；

混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂體系包含底層涂料，用于滲透過(guò)混凝土外表，促進(jìn)粘結(jié)并構(gòu)成長(zhǎng)時(shí)刻耐久界面的根底；油灰，用于填充整個(gè)外表空地并構(gòu)成平坦外表以便運(yùn)用碳纖維片材；浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂，前者用于碳纖維布張貼，后者用于碳纖維板張貼。

浸漬樹脂或張貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件外表并與之嚴(yán)密地結(jié)合在一起構(gòu)成全體一起作業(yè)的要害，因而，樹脂同混凝土的張貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。

就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技能而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化功能有非常重要的含義，因?yàn)檫@涉及到張貼作業(yè)質(zhì)量與怎么盡量削減橋上正常交通中止時(shí)刻嚴(yán)密相關(guān)。選用專配的環(huán)氧樹脂資料，在混凝土施工外表溫度（10～40）攝氏度時(shí)，張貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)刻約15小時(shí)以上，但張貼后就能夠運(yùn)用的時(shí)刻為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂資料的這一功能是徹底合適混凝土橋梁的加固作業(yè)。

碳纖維片材加固橋梁的辦法碳纖維片材首要用于混凝土橋梁的根本構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的加固補(bǔ)強(qiáng)，其加固的作用首要是進(jìn)步構(gòu)件的抗彎承載力、抗剪承載力以及受壓構(gòu)件的軸向抗壓承載力；進(jìn)步構(gòu)件的剛度以及延性。除此之外，許多室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證明，碳纖維片材加固的混凝土構(gòu)件裂縫寬度開展能夠得到操控。

因?yàn)樘祭w維片材，特別是碳纖維布質(zhì)量輕且厚度薄，具有必定柔度，在混凝土橋的有關(guān)部位加固較靈敏。碳纖維片材因碳纖維擺放方向不同而使各方向拉伸強(qiáng)度不相同，碳纖維片材的纖維向與受力向相一起，其拉伸強(qiáng)度最高，反之，纖維方向與受力方向筆直時(shí)，其強(qiáng)度最低。因而，在選用碳纖維片材進(jìn)行加固規(guī)劃中，有必要正確把握纖維的安置方向。依據(jù)混凝土構(gòu)件加固核算，能夠選用接連式張貼或條帶距離張貼碳纖維片材的辦法。研討標(biāo)明，分條加固的作用要優(yōu)于整條布的加固作用。

張貼碳纖維片材加固施工技能

1、面層處理；

混凝土外表的劣化層（例如風(fēng)化、游離石灰、脫模劑、剝離的砂漿、粉刷層、污物等）有必要用砂輪機(jī)去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機(jī)與毛刷將待補(bǔ)強(qiáng)區(qū)的粉塵及松動(dòng)物質(zhì)會(huì)除，用水洗凈后，有必要使其充沛枯燥。

2、斷面批改；

將混凝土面層的不良部分（例如脫落、孔隙、蜂窩、腐蝕等）根除。若有鋼筋顯露景象，有必要先做好防蝕處理，再以強(qiáng)度持平或大于混凝土的環(huán)氧樹脂砂漿資料修補(bǔ)。裂縫以環(huán)氧樹脂灌注。裂縫或打除部分若有漏水景象時(shí)，應(yīng)先做好止水、導(dǎo)水處理。

3、外表批改；

外表平坦度凸出部分（小突起等）以切割機(jī)或砂輪機(jī)將其根除并使其滑潤(rùn)。洼陷部分（打除部分）以環(huán)氧樹脂或樹脂砂漿添補(bǔ)。轉(zhuǎn)角處需研磨至凸角 R＝20毫米（R一曲率半徑）以上，凹角則以樹脂砂漿添補(bǔ)。

4、底層涂料；

氣溫在5攝氏度以下，雨天或RH＞95％時(shí)，不行施工。施工規(guī)模的溫度、濕度承認(rèn)后，選用恰當(dāng)?shù)牡讓油苛?。施工現(xiàn)場(chǎng)空氣應(yīng)非常流轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁煙火。施工時(shí)有必要要穿帶維護(hù)配備（口罩、護(hù)目鏡及橡皮手套）。

5、碳纖維片材的張貼；

纖維貼片預(yù)先以剪刀、刀子依所規(guī)劃的尺度巨細(xì)裁好。依運(yùn)用量取舍尺度、長(zhǎng)度在2米以內(nèi)最恰當(dāng)。為避免保管期間的破損，裁剪數(shù)量只裁所需運(yùn)用的數(shù)量。施工面底漆的枯燥程度能夠指觸承認(rèn)。底漆施工超越1星期以上時(shí)，應(yīng)以砂輪機(jī)磨平。

將環(huán)氧樹脂的主劑（A劑）和硬化劑（B劑）依所規(guī)則的配比放置于拌合桶中，運(yùn)用電動(dòng)攪拌機(jī)，使其均勻的混合（約2分鐘）。一次的拌合量為在可運(yùn)用時(shí)刻的施工量，超越可運(yùn)用時(shí)刻的資料，不行運(yùn)用。

環(huán)氧樹脂用毛刷滾輪均勻涂布（涂布底漆上）。涂布量隨施工面的外表粗糙程度會(huì)有所改變，轉(zhuǎn)角部分要多涂。強(qiáng)化纖維張貼于樹脂涂布面后，以毛刷滾輪和橡皮刮刀順著纖維方向用力推平，使樹脂滲透并去除氣泡，纖維（長(zhǎng)向）方向的搭接長(zhǎng)度至少要留10厘米，短向則不必留。張貼后放置30分鐘，若纖維有浮出或脫線景象產(chǎn)生時(shí)，以滾輪或橡皮刮刀壓平批改。

兩層以上的強(qiáng)化纖維相疊貼時(shí)，重復(fù)過(guò)程。施工現(xiàn)場(chǎng)空氣應(yīng)非常流轉(zhuǎn)，嚴(yán)禁煙火。施工時(shí)有必要要穿戴維護(hù)配備（口罩、護(hù)目鏡及橡皮手套）。

有關(guān)混凝土橋梁技能運(yùn)用問(wèn)題張貼碳纖維片材加固混凝土橋梁技能在歐洲、美國(guó)、加拿大和日本現(xiàn)已廣泛運(yùn)用，而且進(jìn)行了深化的研討。我國(guó)在這方面的工程實(shí)踐也是在二十世紀(jì)九十年代中期才開端，就我國(guó)公路混凝土橋梁有關(guān)張貼碳纖維片材加固新技能運(yùn)用推行的問(wèn)題做如下評(píng)論。

1、張貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項(xiàng)新技能，使得張貼加固法成為公路橋梁快速加固辦法，合適公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營(yíng)運(yùn)的要求。碳纖維片材輕、現(xiàn)場(chǎng)張貼無(wú)需重型設(shè)備、施工便當(dāng)，便于橋下的高空作業(yè)，可在公路橋梁上推行運(yùn)用。

2、關(guān)于公路舊混凝土橋梁的加固辦法，在工程上運(yùn)用作用較好的是綜合法，即以某種加固辦法為主，輔以其它辦法，這有必要按照橋梁現(xiàn)場(chǎng)的外觀查看和技能情況鑒定，加固規(guī)劃要求而定?，F(xiàn)在，張貼碳纖維片材加固辦法往往輔以裂縫灌漿、裂縫關(guān)閉等辦法。

3、我國(guó)現(xiàn)在在工程中選用的碳纖維片材資料及配套樹脂類粘結(jié)資料，是以國(guó)外進(jìn)口資料為主，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品較少，且產(chǎn)品的勻質(zhì)性及低樹脂含量等技能指標(biāo)上還有距離。這樣，進(jìn)口的資料單價(jià)就顯高，這往往影響技能的經(jīng)濟(jì)決議計(jì)劃。因而，除了應(yīng)趕快采納先進(jìn)技能及辦法使國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)步質(zhì)量外，在碳纖維片材加固技能運(yùn)用中，應(yīng)當(dāng)更多從加固作用，耐久方面來(lái)考慮橋梁加固后正常運(yùn)營(yíng)效益與經(jīng)濟(jì)性。

4、在國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的科學(xué)研討工程實(shí)踐根底上，結(jié)合我國(guó)公路舊橋的加固修理特色與經(jīng)歷，趕快編制碳纖維片材加固技能的攻略，以輔導(dǎo)工程運(yùn)用。 碳纖維片材加固補(bǔ)強(qiáng)公路混凝土橋梁是張貼加固新技能，需求結(jié)合我國(guó)的工程特色進(jìn)行深化研討和不斷進(jìn)步，使我國(guó)公路舊橋加固修理技能到達(dá)新的水平。

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