碳纤维加固技术在路桥施工中的应用探究

来源:用户上传      作者:

　　摘要：随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝。笔者结合工作实际，对碳纤维加固技术相关问题进行分析，总结一些粗浅见解，以供同行借鉴参考。
　　 关键词：碳纤维；桥梁加固；技术原理
　　
　　引言
　　随着我国社会经济和交通运输事业的快速发展，一些在2O世纪60、7O年代修建的公路桥梁，还在肩负着十分沉重的交通荷载及繁重的交通量。随着我国公路网日趋完善，一些旧桥的维护加固任务越来越艰巨，并成为公路交通部门的工作重点。随着经济和社会的发展，全国通车公路里程的迅速增加，与城市建设规模的不断增大，桥梁总数大大增加，危旧桥数量也在不断增长。因此，如何确保现役桥梁的安全运营是公共养护管理部门所以面临的难题之一。为了避免桥梁工程在使用过程中会由于种种原因产生病害 ,从而达到安全、经济和适用的目的,必须对产生的病害进行结构补强。
　　一、碳纤维材料的基本特性
　　1、碳纤维片材
　　片材碳纤维材料的拉伸强度在（2400～3400）MPa之间，与普通碳素钢板拉伸强度为240MPa相比，片材的拉伸强度很高。
　　片材碳纤维材料的弹性模量依片材力学性能不同，碳纤维片材依力学性能分成高模量、高强度和中等模量三类。高模量碳纤维片材的弹性模量较高，但其伸长率较低。
　　相比之下，碳纤维片材的单位重比钢材低许多，说明碳纤维片材较轻。碳纤维的化学结构稳定，本身不会受酸碱盐及各类化学介质的腐蚀，有良好的耐寒和耐热性。
　　2、配套树脂类粘结材料
　　混凝土结构加固修补配套树脂系统包括底层涂料，用于渗透过混凝土表面，促进粘结并形成长期持久界面的基础；油灰，用于填充整个表面空隙并形成平整表面以便使用碳纤维片材；浸渍树脂或粘结树脂，前者用于碳纤维布粘贴，后者用于碳纤维板粘贴。
　　浸渍树脂或粘贴树脂是将碳纤维片粘附于混凝土构件表面并与之紧密地结合在一起形成整体共同工作的关键，因此，树脂同混凝土的粘贴强度大于混凝土的拉伸强度和剪切强度。
　　就公路混凝土桥梁用碳纤维片材加固技术而言，环氧树脂在不同施工环境温度下固化性能有十分重要的意义，因为这涉及到粘贴工作质量与如何尽量减少桥上正常交通中断时间紧密相关。采用专配的环氧树脂材料，在混凝土施工表面温度（10～40）摄氏度时，粘贴环氧树脂固化时间约15小时以上，但粘贴后就可以使用的时间为45分钟以上，专配的环氧树脂材料的这一性能是完全适合混凝土桥梁的加固工作。
　　二、碳纤维加固技术原理
　　碳纤维材料具有高强度、高弹性摸量、重量轻及耐腐蚀性好等特点，其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右，弹性模量略高于普通钢筋的弹性模量。加固修复混凝土结构所有碳纤维材料主要为两种：碳纤维材料与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十倍，而弹性模量与钢材相当，某些（如高弹性）碳纤维的弹性模量甚至在钢材的两倍以上，且施工性能与耐久性良好，是一种很好的加固修复材料；配套树脂则包括底层树脂、找平树脂及粘结树脂，前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量，而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体，并且共同工作，提高结构构件的抗弯、抗剪承载力，达到对结构构件进行加固、补强的目的。
　　三、碳纤维加固技术的施工工艺
　　 1、根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理
　　 ①将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原；
　　 ②裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；
　　 ③将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角；
　　 ④清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
　　 2、底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）
　　 ①把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准；
　　 ②用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料；
　　 ③底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光；
　　 ④注意在气温小于5C，相对湿度大于85，砼表面含水率在8以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。
　　 3、环氧腻子对构件表面残缺的修补
　　 ①构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，修复至表面平整；
　　 ②内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补使之平顺。
　　 4、贴碳纤维片
　　 ①为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一般不超过6rn；。
　　 ②碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接；
　　 ③按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂；
　　 ④贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。
　　 5、养护
　　粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。
　　 6、涂装
　　根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。
　　四、碳纤维技术在桥梁加固施工中的应用
　　1、粘贴碳纤维片材加固混凝土桥梁是一项新技术，使得粘贴加固法成为公路桥梁快速加固方法，适合公路桥梁加固期间尽量不影响桥梁正常营运的要求。碳纤维片材轻、现场粘贴无需重型设备、施工便利，便于桥下的高空作业，可在公路桥梁上推广应用。
　　2、对于公路旧混凝土桥梁的加固方法，在工程上应用效果较好的是综合法，即以某种加固方法为主，辅以其它方法，这必须依照桥梁现场的外观检查和技术状况评定，加固设计要求而定。目前，粘贴碳纤维片材加固方法往往辅以裂缝灌浆、裂缝封闭等方法。
　　3、我国目前在工程中采用的碳纤维片材材料及配套树脂类粘结材料，是以国外进口材料为主，国产产品较少，且产品的匀质性及低树脂含量等技术指标上还有差距。这样，进口的材料单价就显高，这往往影响技术的经济决策。因此，除了应尽快采取先进技术及措施使国产产品提高质量外，在碳纤维片材加固技术应用中，应当更多从加固效果，耐久方面来考虑桥梁加固后正常运营效益与经济性。
　　4、在国外先进国家的科学研究工程实践基础上，结合我国公路旧桥的加固维修特点与经验，尽快编制碳纤维片材加固技术的指南，以指导工程应用。 碳纤维片材加固补强公路混凝土桥梁是粘贴加固新技术，需要结合我国的工程特点进行深入研究和不断提高，使我国公路旧桥加固维修技术达到新的水平。
　　五、结语
　　随着经济的发展，大吨位车辆的出现，公路桥涵设计荷载标准也是大大提高。加强对公路桥梁的养护、维修与加固改造，提高桥梁的承载能力与行车性能，延长使用年限是我国公路桥梁管理部门亟待解决的问题，搞好这项工作不仅需要加强桥梁加固维修技术的探究和推广，也需要科学的管理的维护。有计划、有步骤地及时对现有桥梁承载能力进行维修加固，提高其荷载等级，确保交通运输的畅通无阻，充分发挥经济效益和社会效益，目前是工程界及管理部门的一个重大课题。科学技术的发展，新材料、新工艺、新设备的出现，对现有桥梁进行维修与加固，可大大提高机构的承载能力，延长使用年限，同时也可以节约大量建设资金。
　　

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-558787.htm