碳纖維增強復合材料在橋梁加固中的應用
2011-05-12 來源：筑龍網
一、加固橋梁概況
某橋梁建于上世紀七十年代，設計荷載是汽15T、掛80T，主跨是50m的雙曲拱橋，邊跨是17.6m肋扳拱。該橋處于城市主干道上，由于超載和雨水的剝蝕，各跨拱肋及其上立柱、縱梁均出現裂縫鋼筋銹蝕現象。經鑒定，需進行加固，其中主、邊跨的立柱采用粘貼300g/㎡碳纖維布加固。粘貼面積420㎡。
二、碳纖維增強復合材料加固工藝
碳纖維增強復合材料加固修補鋼筋砼結構，是我國近年來發(fā)展的一種高效外部加固方法。其做法是使用改性環(huán)氧樹脂類結構膠粘劑，將聚丙烯腈基（PAN基）單向高強型碳纖維布，在施工現場采取手糊辦法，粘貼于被加固的鋼筋砼構件表面，形成碳纖維布增強復合片材并能與鋼筋砼構件共同受力，從而提高構件的承載能力。碳纖維布是增強材料承受荷載，樹脂是基體材料，起固定碳纖維和傳遞荷載的作用。
三、碳纖維增強復合材料加固方法的特點。
3.1補強物輕而薄
常用的200g/㎡碳纖維布厚0.111㎜，300g/㎡的碳纖維布厚0.167㎜。每平方米的耗膠量約1㎏，粘結一層的厚度僅1㎜,幾乎不增加原構件的截面尺寸和重量,基本保持了結構原狀。
3.2適用于復雜部位
由于碳纖維布具有可裁可粘的柔軟性，因此適用各種形狀結構部位的加固，并能粘合服貼。
3.3施工簡便快捷、工效高，施工質量易于保證
施工現場干作業(yè)，設備簡便，不使用大型機械設備，不占用較多施工場地，因此，施工簡單、工期短、工效高，高強、高效一舉兩得。
3.4抗酸堿類介質的腐蝕，具有良好的耐久性。
國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術研究中心的大量試驗研究證明，碳纖維布抗酸堿類介質的腐蝕，具有良好的耐久性。
3.5可提高加固構件的延性
碳纖維增強復合材料不但可加固補強，并可提高加固構件的剛度和延性。
3.6固化養(yǎng)生期短，對環(huán)境干擾影響小
初期固化需1d，完全硬化大約一周。
四、碳纖維增強復合材料相關標準及規(guī)范
近年來，國家先后制定了以下標準與規(guī)范：
4.1碳纖維片材加固混凝土結構技術規(guī)程CECS146：2003
4.2結構加固修復用碳纖維片材產品標準
4.3結構加固修復用碳纖維粘貼樹脂產品標準
4.4混凝土結構加固設計規(guī)范GB50367-2006
五、拱上立柱粘貼碳纖維布的施工
5.1施工工藝
5.1.1搭設腳手架，粘貼部位放線標注。
5.1.2粘貼面打磨去除碳化層至新鮮界面，銹蝕的鋼筋除銹。
5.1.3粘貼界面清理與修補，清理干凈保持干燥。
5.1.4涂刷底層樹脂。
5.1.5涂刷浸漬樹脂粘貼碳纖維布。
5.1.6末層碳纖維布表面涂刷浸漬樹脂。
5.1.7樹脂固化后，檢測合格進行表面保護層涂裝。
5.2施工設備
5.2.1表面清理用的手動砂輪機、電控箱。
5.2.2計量用的電子臺稱與天平。
5.2.3裁剪用的卷尺、鋼直尺、剪刀、美工刀。
5.2.4涂膠用的滾筒式毛刷及脫泡滾筒。
5.2.5防護用的手套、口罩、眼鏡。
5.3主要施工操作
5.3.1粘貼面的清理與修補
粘貼面打磨平整（平整度≤1㎜）去掉碳化層露出新鮮面，銹蝕的鋼筋人工除銹，砼劣化剝落掉的部位使用環(huán)氧砂漿修補平整，柱角進行園化打磨處理，半徑大于25㎜，粘貼面使用壓縮空氣抹去浮塵，再用丙酮或無水酒精擦拭表面，也可使用清水沖洗，但應使粘貼面充分干燥后，方可涂底層膠。
5.3.2涂刷底層樹脂
采用滾筒刷均勻涂抹，使其浸透到砼表面，強化砼表面強度，提高浸漬樹脂與基層的粘結力，并使砼與纖維之間的粘結性提高，以提高粘貼質量，并可靠傳遞砼與片材之間的剪力，宜在底層樹脂表面指觸干燥后盡快進行下道工序。
5.3.3涂刷浸漬樹脂粘貼碳纖維布
將浸漬樹脂均勻涂抹于粘貼部位，碳纖維布用手輕壓貼于需粘貼的位置，采用專用的滾筒順纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，不要往復滾動，以免損傷碳纖維布。
浸漬樹脂要將碳纖維布浸透，貼好一層放置數小時，以達到脫泡浸潤的效果。施工環(huán)境要求氣溫不要低于5℃、濕度≤85%，雨天最好不要施工，碳纖維布的搭接長度不小于150㎜。
5.3.4表面防護層涂裝
樹脂膠固化后，經檢驗合格，方可進行表面防護層的涂裝。碳纖維增強復合材料不耐紫外線強光的照射，為避免陽光照射，并免遭人為挫傷，要做好表面防護工作。涂裝層與碳纖維之間要粘接牢固，本工程采用107膠水泥砂漿抹面，使其外表面顏色基本一致。
六、安全操作要求
6.1碳纖維片材為導電材料，要遠離電源及電氣設備，防止人身觸電事故發(fā)生。
6.2膠粘樹脂要遠離火源及高溫，避免陽光的直接照射引起火災。
6.3施工現場通風良好，操作工人做好手、眼、口、鼻的勞動保護工作。
七、質量檢驗
7.1目視檢查
碳纖維不能空鼓、缺脂和有皺紋產生，大面積空鼓需切除，重新粘貼，小面積空鼓用針管注膠法補救。
7.2現場隨機抽樣做正拉粘接強度檢測
現場粘結試件正拉粘結強度大于2.5Mp為合格。
八、結論
碳纖維增強復合材料特別適合公路橋梁的加固，加固期間影響橋梁正常營運時間短。工藝簡便利于高空作業(yè)，在當前大量的改造加固工程中具有廣闊的前景。
