湖北楚天联发路桥养护有限公司

引言 

工程材料的进步及新材料的发现是土木工程发展的前提和动力。碳纤维材料的出现及其应用, 使土木工程加固与补强技术研究更上一个台阶。碳纤维是一 种新型建材, 因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布(片) 加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力, 尤其是当高度受限制时的首选加固方法, 其施工工艺亦较简单。

碳纤维布加固旧桥的特点

(1) 不增加恒载及断面尺寸碳纤维布的自重仅为200 ～300g/㎡ , 设计厚度为01111～01167mm, 加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻, 对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微, 可忽略不计。同时, 碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求, 碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴, 充分满足补强的要求。这一优点更是其他补强方式所难以比拟的。 

(2) 适应不同构件形状, 成型方便斜、弯、坡及异型结构的补强, 采用传统的方 法, 施工难度极大, 采用碳纤维布补强法, 因碳纤维布具有随形性极强的特点, 可以随结构外形变化任意施工, 从而降低施工难度, 减少施工成本, 缩短施工工期, 能产生巨大的社会效益及经济效益。 

(3) 施工简便特别是当箱梁内部的作业空间受到限制时, 碳纤维布加固方法是可选择的一种方法。该法工艺简便, 无需大型设备、模板、夹具及支撑, 操作起来简单易 行, 施工时所需工作面小, 施工作业空间不受限制。 

(4) 对原结构不产生损害碳纤维布加固补强系采用环氧树脂系列的粘结材 料进行粘贴, 不需要设置锚固螺栓及开凿混凝土等, 因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏, 更可避免 钻孔时与结构内原有钢筋和预应力索发生冲突而引起 新的问题。

(5) 能有效地封闭混凝土裂缝 碳纤维布(片) 粘贴在混凝土的表面, 不仅封闭了混凝土的裂缝, 其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展, 改变了裂缝的形态, 使 宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝, 从而提高了混凝土构件的整体刚度。 

(6) 碳纤维布(片) 具有优良的耐化学腐蚀性碳纤维布(片) 是一种复合材料, 几乎无腐蚀性和磁性, 并且具有较好的耐热性, 不仅能经得起水泥碱性的侵蚀, 而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时, 其寿命也较长。因而碳纤维布加固法, 在不利环境下较其他方法更显出其优越性。 

(7) 不影响结构的外观 碳纤维布(片) 的厚度很薄, 粘贴固化后其表 面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料, 而不影响结构的外观。 

碳纤维布加固旧桥施工工艺与要求 

施工工艺 

基面处理 碳纤维布加固结构物前, 应对原混凝土表面的劣 化层(如浮浆、风化层等) 用砂轮机进行清除和打 磨, 错位与凸出部分要磨平, 转角部位要进行倒角处 理。基面要清洗, 用钢丝刷将表面松散浮渣刷去, 然 后用压缩空气除去粉尘, 用丙酮或无水酒精擦试表 面, 也可用清水冲洗, 但必须保证其充分干燥后才能 进行下一道工序的施工。 

涂刷底胶 在处理好的混凝上表面上, 涂一层很薄的底层 胶, 底层胶浸入混凝土表面, 强化混凝土表面强度, 并改进胶接性能, 使混凝土与碳纤维布之间的粘接性 提高。 底层胶应按比例准确配制并搅拌均匀, 一次调和 量须一次使用完毕, 超过时间不能使用, 以确保粘接 质量。用滚筒或刷子将底胶均匀地涂抹在基面上, 注 意直横均匀涂抹, 自然风干。如在冬季施工, 胶的粘 度较高, 不能涂得太厚。待底胶指触干燥后, 进入下 一道工序。

找平修补(找平胶) 碳纤维布与混凝土表面紧密接触, 才能产生良好 的补强效果。如混凝土表面有锐利突起物、错位和转 角部位等都可能损伤碳纤维布, 并引起强度降低。混 凝土表面小的模板错位及混凝土气孔很难通过基底处 理一道工序彻底清理。因此, 在涂敷的底层涂料指触 干燥后, 必须用找平胶进行找平。 找平胶应易于操作, 且不随时间的延长出现明显 的变形, 防止胶的滴挂。一般的普通环氧树脂的粘接 强度和强韧性都达不到找平胶的要求, 不应调配使 用。待找平胶指触干燥后进入下一道工序。 

粘贴碳纤维布 使用浸渍树脂粘贴碳纤维布, 浸渍树脂的粘度应 控制在一定范围, 有利于浸渍树脂顺利地将碳纤维布 粘附于混凝土表面, 经过碾压, 使浸渍树脂很容易浸 透碳纤维布, 形成一个复合性整体, 共同抵抗外力 作用。 浸渍树脂具有一定的初粘力, 亦防止粘贴的碳纤 维布塌落而形成空洞或空隙。

并且浸渍树脂本身具有 良好的触变性, 易于施工且不会发生明显的滴淌现 象。另外, 胶粘剂与碳纤维的相容性和粘接力必须极 好, 才能满足碳纤维布和混凝土形成预定的复合 材料。 施工时依设计尺寸、作业空间确定下料长度裁剪 碳纤维布, 若需要进行接长时, 接头的长度应根据实 际情况而定, 一般不得小于15cm。下料数量应以当 天用完为准。粘贴碳纤维布, 应依设计位置由上而 下、由左至右有秩序地粘贴, 并以滚筒压挤贴片, 使 碳纤维布与浸渍树脂充分结合, 同时以压板去除 气泡。 

罩面防护处理 粘贴完碳纤维布后, 立即在其表面再均匀涂抹一 层浸渍树脂, 待其表面充分风干结合后, 涂抹罩面胶 或采取其他措施处理, 以保证各层胶的耐久性。 罩面胶主要保证施工表面美观和保护碳纤维布。 只要材料能涂敷在碳纤维布表面, 不脱层, 不掉落, 能长期在冷热干湿的空气中稳定即可, 防止复合材料 被紫外线直接照射。 

粘贴施工要求 

对被加固构件的基面要求 因碳纤维布加固混凝土构件是依赖于碳纤维布与 构件表面的粘贴效率, 故要求基面的混凝土强度等级 不低于C15。且被加固构件应具有良好的保护层, 即 基面平整且具有一定强度。对于构件有剥落、起皮、 腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损现象的, 必须先进 行修复, 并应将粘贴基面打磨平整、清理干净, 且不 应存在尖锐楞角和浮灰粉尘, 防止碳纤维布的局部剥 断破坏和粘贴失效。 

碳纤维布的粘贴 用碳纤维布加固混凝土构件, 宜采用薄布多层的 粘结方法, 使其与粘结材料充分浸润, 确保粘结效 率。对于受弯构件, 宜在受拉区沿轴向平直粘贴碳纤 维布进行加固补强, 并在主纤维方向的断面端部进行 附加锚固处理。 碳纤维布加固补强施工过程中, 胶是一层一层叠 加上去复合而成的, 与混凝土直接接触的只有底涂胶, 因此不同胶粘剂之间的相容性、粘接性应充分考虑。 一般来讲, 同一类型的胶粘剂粘接性较好, 不同类型 的胶粘剂粘接相容性就需做预先的实验加以论证。 

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