淺析碳纖維材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用

1、<p>　　淺析碳纖維材料在橋梁加固工程中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：本文分析了碳纖維材料的基本特性，探討了碳纖維材料在橋梁加固中的工藝流程及施工要求，提出了施工過程中的注意事項(xiàng) 。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：碳纖維材料；橋梁；加固工程；應(yīng)用 </p><p>　　Abstract: This paper analyses the basic c

2、haracteristics of the carbon fiber material, explores the technological process and construction requirements of the carbon fiber material in the bridge reinforcement, and puts forward the matters needing attention in co

3、nstruction. </p><p>　　Key words: carbon fiber; bridge; reinforcement construction; application </p><p>　　中圖分類號：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104（2012） </p><p>　　1 碳纖維材料的基本特性 </p><

4、;p>　　碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維，單向排列成束，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，統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體，共同工作。 </p><p>　　1.1 碳纖維片材 </p><p>　　片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)

5、度在(2400～3400)MPa之間，與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比，片材的拉伸強(qiáng)度很高。 </p><p>　　片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同，碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、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，但其伸長率較低。 </p><p>　　相比之下，碳纖維片材的單位重比鋼材低許多，說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，本身不會受酸堿

6、鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，有良好的耐寒和耐熱性。 </p><p>　　1.2配套樹脂類粘結(jié)材料 </p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料，用于滲透過混凝土表面，促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ)；就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言，環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義，因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時(shí)間緊密相關(guān)。采用專配的

7、環(huán)氧樹脂材料，在混凝土施工表面溫度(10～40)攝氏度時(shí)，粘貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)間約15小時(shí)以上，但粘貼后就可以使用的時(shí)間為45分鐘以上，專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。 </p><p>　　2 碳纖維材料在橋梁加固中的工藝流程及施工要點(diǎn) </p><p>　　根據(jù)碳纖維的設(shè)計(jì)及加固原則，為了使碳纖維粘貼效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，碳纖維在進(jìn)行粘貼時(shí)，一般按以下工藝流程進(jìn)行

8、施工：卸荷→基面處理→涂刷底膠(FP膠)→修補(bǔ)粘貼面→粘貼碳纖維(CFRP)→表面處理與防護(hù)。 </p><p><b>　　2.1 卸荷 </b></p><p>　　在進(jìn)行對梁體加固前，必須卸去梁體上的全部或主要荷載，卸除荷載后的梁體需靜置到穩(wěn)定狀態(tài)后方可進(jìn)行加固工作。 </p><p><b>　　2.2 基面處理 </b

9、></p><p>　　2.2.1 將所需加固的構(gòu)件表面層除去并研磨至粗骨出現(xiàn)為止，然后，除去凈粉塵，并使其干燥； </p><p>　　2.2.2 將構(gòu)件銳角處磨成1.2cm以上圓角，以免因補(bǔ)強(qiáng)后造成應(yīng)力集中降低補(bǔ)強(qiáng)效果；而對構(gòu)件凹坑部位則需使用與梁體混凝土強(qiáng)度相同等級的環(huán)氧樹脂砂槳進(jìn)行補(bǔ)平，使凹坑面形成平順段，以利于粘貼； </p><p>　　2.2.3

10、 對梁體裂縫進(jìn)行一般封閉處理。 </p><p>　　一般采用TK型注縫膠和TZ型封縫膠相結(jié)合進(jìn)行梁體封閉處理。 </p><p><b>　　2.3 涂刷底膠 </b></p><p>　　2.3.1 按2:1比例將底膠(FP)的主劑和固化劑先后放人容器內(nèi)，用低速攪拌的方法使其充分均勻，攪拌時(shí)間為10～15min為宜，一次攪拌量根據(jù)現(xiàn)場情況而

11、定，但必須在1h內(nèi)涂刷完，主要原因是固化劑受膠體自身膠化時(shí)間和膠體的延展性，以及溫度、濕度和環(huán)境因素影響較大，另一方面，不同溫度、濕度下所涂刷的膠體其厚度不均勻。 </p><p>　　2.3.2 涂刷方式應(yīng)根據(jù)施工條件合理選擇，一般采用滾筒刷自上而下的方法進(jìn)行。 </p><p>　　2.3.3 涂刷底膠前必須做好構(gòu)件的除濕保溫工作，涂刷底膠后，應(yīng)對梁體進(jìn)行防塵保護(hù)．底膠固化的時(shí)間一般約

12、為3～24h，涂刷遍數(shù)一般按2遍進(jìn)行控制。 </p><p>　　2.3.4 底膠硬化后若表面出現(xiàn)流痕皺折等凸起部位，需用磨光機(jī)打磨至平整．同時(shí)還要進(jìn)行除塵處理。 </p><p>　　2.4 修補(bǔ)粘貼面 </p><p>　　本道工序?yàn)樘祭w維粘貼前的再修補(bǔ)工作，底漆干燥后，將缺陷填補(bǔ)材料填涂在缺陷處．填涂后的施工面使用適當(dāng)工具加以修整．使整個(gè)施工面平整光滑。其要求

13、同基面處理。 </p><p>　　2.5 粘貼碳纖維 </p><p>　　2.5.1 粘貼方向的確定 </p><p>　　2.5.1.1 凡梁、板構(gòu)件其受拉面進(jìn)行抗彎加固時(shí)，碳纖維粘貼方向（經(jīng)線方向）與構(gòu)件縱軸線一致。以達(dá)到抗彎目的。 </p><p>　　2.5.1.2 凡梁、柱式構(gòu)件需進(jìn)行封閉式或側(cè)面粘貼加固時(shí)，其碳纖維的纖維（經(jīng)線

14、）方向需與構(gòu)件的縱向軸線垂直以達(dá)到抗剪效果。 </p><p>　　2.5.1.3 由于梁體缺陷不可能規(guī)則化，如梁體裂紋以及裂紋的發(fā)展方向等因素，因此在進(jìn)行粘貼碳纖維加固梁體時(shí)，其粘貼纖維（經(jīng)線）的方向還必須注意與供貨商磋商，以得到供貨商的技術(shù)指導(dǎo)。 </p><p>　　2.5.2 下料：碳纖維的下料長度，應(yīng)根據(jù)梁體所需加固長度而定，若需搭接其順向搭接長度應(yīng)不少于15cm為宜，若需固定應(yīng)

15、采用橫向碳纖維粘貼固定，其固定寬度不少于10cm，進(jìn)行梁體抗剪加固時(shí)，梁底轉(zhuǎn)角部位的倒角處理范圍以倒角半徑不少于lcm為宜。 </p><p><b>　　2.5.3 粘貼 </b></p><p>　　2.5.3.1 FR膠主劑及硬化劑依2:1定配比稱重后充分?jǐn)嚢杈鶆?，一次攪拌量不得大?h時(shí)間內(nèi)完成的施工量。超過可使用時(shí)間的材料不可再使用(調(diào)配和使用方法與底膠相同

16、)。 </p><p>　　2.5.3.2 施工面以滾筒毛刷含浸膠體均勻涂刷。 </p><p>　　2.5.3.3 將碳纖維貼片粘合在含浸膠體的涂布上，并用刮刀沿著纖維方向用力刮平以除去氣泡。 </p><p>　　2.5.3.4 利用脫泡滾輪沿著纖維方向來回滾壓以充分粘貼和除去氣泡。 </p><p>　　2.5.3.5 在已貼妥之纖維貼

17、片上，再將膠體均勻涂刷后重復(fù)步驟．纖維貼片粘貼30min后才能進(jìn)行上層膠體涂刷，期間要注意貼片是否有浮起或錯位現(xiàn)象，若有則以滾輪或刮刀壓平修整。 </p><p>　　2.5.3.6 2層以上貼層，重復(fù)步驟②～⑤，根據(jù)施工情況可確定1日1層或2日1層進(jìn)行施工 </p><p>　　2.5.3.7 粘貼時(shí)應(yīng)注意對混凝土轉(zhuǎn)角處要適當(dāng)多涂刷膠體。 </p><p>　　2

18、.5.3.8 在最后一層碳纖維的表面均勻涂刷一層FR膠體。 </p><p>　　2.5.3.9 粘貼施工完成后應(yīng)注意做好已貼碳纖維梁體的保溫、防濕養(yǎng)護(hù)工作，其溫度以15℃～2O℃為宜，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d，實(shí)踐表明，養(yǎng)護(hù)工作的好壞直接關(guān)系到膠體和碳纖維的最終組合強(qiáng)度以及加固效果，不可忽視。 </p><p><b>　　2.6 表面防護(hù) </b></p>&

19、lt;p>　　梁體被碳纖維加固后，為保證膠體的耐久性和防腐、防火性能，其表面應(yīng)噴涂防火涂料進(jìn)行保護(hù)。 </p><p>　　3 施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對施工質(zhì)量缺陷的預(yù)防 </p><p>　　3.1 樁頂夾泥松散的預(yù)防：灌注混凝土?xí)r可比原設(shè)計(jì)多灌注80～100cm的混凝土(該部位不設(shè)鋼筋)，待混凝土達(dá)到3d強(qiáng)度后，用人工鑿除多余部位，這樣就保證了樁頂混凝土的強(qiáng)度。 </p>

20、<p>　　3.2 斷樁的預(yù)防措施： </p><p>　　3.2.1 導(dǎo)管使用前，要對導(dǎo)管進(jìn)行檢漏和抗拉試驗(yàn)，以防導(dǎo)管滲漏。每節(jié)導(dǎo)管組裝編號，導(dǎo)管安裝完畢后要建立復(fù)核和檢驗(yàn)制度。導(dǎo)管的直徑應(yīng)根據(jù)樁徑和石料的最大粒徑確定，盡量采用大直徑導(dǎo)管。 </p><p>　　3.2.2 下導(dǎo)管時(shí)，其底口距孔底的距離不大于40～50 cm，同時(shí)要保證首批混凝土灌注后能埋住導(dǎo)管至少1.0m。

21、 </p><p>　　3.2.3 鋼筋籠制作時(shí)，一般采用對焊，以保證焊口平順。當(dāng)采用搭接焊時(shí)，要保證焊縫不要在鋼筋籠內(nèi)形成錯臺，以防鋼筋籠卡住導(dǎo)管。 </p><p>　　3.2.4 在提拔導(dǎo)管時(shí)要認(rèn)真測量混凝土的灌注深度以及已拆下導(dǎo)管的長度，認(rèn)真計(jì)算提拔導(dǎo)管的長度，嚴(yán)禁不經(jīng)測量和計(jì)算盲目提拔導(dǎo)管，一般情況下一次只能拆卸一節(jié)導(dǎo)管。 </p><p>　　3.2.5

22、 關(guān)鍵設(shè)備(混凝土的攪拌設(shè)備、發(fā)電機(jī)、運(yùn)輸車輛)要有備用。 </p><p>　　3.2.6 如混凝土堵塞導(dǎo)管時(shí)，可拔插抖動導(dǎo)管(注意不可將導(dǎo)管口拔出混凝土面)，當(dāng)所堵塞的導(dǎo)管長度較短時(shí)，也可以用鋼筋插入導(dǎo)管來疏通導(dǎo)管，也可以在導(dǎo)管上固定附著式振搗器進(jìn)行振動來疏通導(dǎo)管內(nèi)的混凝土。 </p><p>　　3.2.7 如鋼筋籠卡住導(dǎo)管后，可設(shè)法轉(zhuǎn)動導(dǎo)管使之脫離鋼筋籠。 </p>