公路、鐵路橋梁加固技術簡介
2015-04-16
1 混凝土結構加固方法
混凝土結構的加固分為直接加固與間接加固兩類，設計時可根據(jù)實際條件和使用要求選擇適宜的方法和配套的技術。
1.1 直接加固的一般方法
1.1.1 加大截面加固法
該法施工工藝簡單、適應性強，并具有成熟的設計和施工經(jīng)驗；適用于梁、板、柱、墻和一般構造物的混凝土的加固；但現(xiàn)場施工的濕作業(yè)時間長，對生產(chǎn)和生活有一定的影響，且加固后的建筑物凈空有一定的減小。
1.1.2 置換混凝土加固法
該法的優(yōu)點與加大截面法相近，且加固后不影響建筑物的凈空，但同樣存在施工的濕作業(yè)時間長的缺點；適用于受壓區(qū)混凝土強度偏低或有嚴重缺陷的梁、柱等混凝土承重構件的加固。
1.1.3 有粘結外包型鋼加固法
該法也稱濕式外包鋼加固法，受力可靠、施工簡便、現(xiàn)場工作量較小，但用鋼量較大，且不宜在無防護的情況下用于600C以上高溫場所；適用于使用上不允許顯著增大原構件截面尺寸，但又要求大幅度提高其承載能力的混凝土結構加固。
1.1.4 粘貼鋼板加固法
該法施工快速、現(xiàn)場無濕作業(yè)或僅有抹灰等少量濕作業(yè)，對生產(chǎn)和生活影響小，且加固后對原結構外觀和原有凈空無顯著影響，但加固效果在很大程度上取決于膠粘工藝與操作水平；適用于承受靜力作用且處于正常濕度環(huán)境中的受彎或受拉構件的加固。
1.1.5 粘貼纖維增強塑料加固法
此法除具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點外，還具有耐腐濁、耐潮濕、幾乎不增加結構自重、耐用、維護費用較低等優(yōu)點，但需要專門的防火處理，適用于各種受力性質的混凝土結構構件和一般構筑物。
1.1.6 繞絲法
此法的優(yōu)缺點與加大截面法相近；適用于混凝土結構構件斜截面承載力不足的加固，或需對受壓構件施加橫向約束力的場合。
1.1.7 錨栓錨固法
該法適用于混凝土強度等級為C20~C60的混凝土承重結構的改造、加固；不適用于已嚴重風化的上述結構及輕質結構。
1.2 間接加固的一般方法有：
1.2.1 預應力加固法
該法能降低被加固構件的應力水平，不僅使加固效果好，而且還能較大幅度地提高結構整體承載力，但加固后對原結構外觀有一定影響；適用于大跨度或重型結構的加固以及處于高應力、高應變狀態(tài)下的混凝土構件的加固，但在無防護的情況下，不能用于溫度在600C以上環(huán)境中，也不宜用于混凝土收縮徐變大的結構。
1.2.2 增加支承加固法
該法簡單可靠，但易損害建筑物的原貌和使用功能，并可能減小使用空間；適用于具體條件許可的混凝土結構加固。
1.3 與混凝土結構加固改造配套使用的技術
1.3.1 托換技術系托梁（或桁架）拆柱（或墻）、托梁接柱和托梁換柱等技術的概稱；屬于一種綜合性技術，由相關結構加固、上部結構頂升與復位以及廢棄構件拆除等技術組成；適用于已有建筑物的加固改造；與傳統(tǒng)做法相比，具有施工時間短、費用低、對生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點，但對技術要求較高，需由熟練工人來完成，才能確保安全。
1.3.2 植筋技術系一項對混凝土結構較簡捷、有效的連接與錨固技術；可植入普通鋼筋，也可植入螺栓式錨筋；已廣泛應用于已有建筑物的加固改造工程。
1.3.3 裂縫修補技術根據(jù)混凝土裂縫的起因、性狀和大小，采用不同封護方法進行修補，使結構因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復的一種專門技術。
1.3.4 混凝土表面處理技術系指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術。
1.3.5 混凝土表層密封技術系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進行防水、防潮和防裂處理的技術。還有其它技術如結構、構件移位技術、調整結構自振頻率技術等。 2 碳纖維加固技術在現(xiàn)代加固技術中的優(yōu)勢
碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優(yōu)點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。
碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產(chǎn)品包括PAN基碳纖維（高強度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發(fā)揮其強大的力學特性及優(yōu)越的耐久性能，只有通過環(huán)氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼行修補，使結構因開裂而降低的使用功能和耐久性得以恢復的一種專門技術。
1.3.4 混凝土表面處理技術系指采用化學方法、機械方法、噴砂方法、真空吸塵方法、射水方法等清理混凝土表面污痕、油跡、殘渣以及其它附著物的專門技術。
1.3.5 混凝土表層密封技術系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對混凝土進行防水、防潮和防裂處理的技術。還有其它技術如結構、構件移位技術、調整結構自振頻率技術等。 2 碳纖維加固技術在現(xiàn)代加固技術中的優(yōu)勢
碳纖維布加固技術是利用碳素纖維布和專用結構膠對建筑構件進行加固處理，該技術采用的碳素纖維布強度是普通二級鋼的10倍左右。具有強度高、重量輕、耐腐蝕性和耐久性強等優(yōu)點。厚度僅為2mm左右，基本上不增加構件截面，能保證碳素纖維布與原構件共同工作。
碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同，主要分為聚丙烯腈（PAN）基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產(chǎn)品包括PAN基碳纖維（高強度型）及瀝青基碳纖維（高彈性型）。僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發(fā)揮其強大的力學特性及優(yōu)越的耐久性能，只有通過環(huán)氧樹脂將碳纖維片粘附于鋼筋混凝土結構表面并與之緊密地結合在一起形成整體共同工作，才能達到補強的目的。因此，環(huán)氧樹脂的性能是重要的關鍵之一。環(huán)氧樹脂因類型不同而有不同的性能，適應于各個部位的不同要求。例如底涂樹脂對混凝土具有良好的滲透作用，能滲入到混凝土內一定深度；粘貼碳纖維片的環(huán)氧樹脂易于"透"過碳纖維片，有很強的粘結力。依使用溫度的不同，樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。2.1 物理性能
碳纖維片工法中使用了底涂、膩子、浸滲粘著樹脂等三種環(huán)氧樹脂。上述三種環(huán)氧樹脂的使用目的各不相同，其物性標準也不相同。
2.1.1 底涂：粘著強度
底涂必須確實具有把作用在混凝土表面上的荷載傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此粘著強度成為制定其物性標準的重要依據(jù)。
2.1.2 膩子：壓縮強度。壓縮彈性率
膩子用于填充混凝土上的微小缺損部分。因此，要求必須具有與混凝土同等以上的壓縮強度。此外，還要求具有較高的壓縮彈性模量。根據(jù)以上理由，制定膩子的物性標準時主要根據(jù)其壓縮強度及壓縮彈性模量。剪切強度。粘著強度
膩子與底涂一樣必須具有把因荷載作用等在混凝土表面上發(fā)生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據(jù)。
2.1.3 粘著樹脂：
A張拉強度。彎曲強度
碳纖維片工法系通過向碳纖維片內滲透浸滲粘著樹脂、通過固化形成CFRP.重要的是固化后的CFRP的物性，而浸滲粘著樹脂本身的物性并非重要。但要想獲得良好的CFRP物性，浸滲粘著樹脂本身的物性確實也有影響。因此制定了最小限度的張拉強度及彎曲強度的物性標準。
B剪切強度。粘著強度
浸滲粘著樹脂除滲透到碳纖維片內、通過固化形成CFRP之外，還具有粘著劑的功能。與膩子、底涂同樣，必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發(fā)生的應變確實傳遞到碳纖維片上的力學性能。因此剪切強度及粘著強度便成為制定其物性標準的重要依據(jù)。
相比之下，國產(chǎn)的樹脂材料目前缺乏配套產(chǎn)品，用途單一，且尚未制定出嚴格的物性標準。
2.2 碳纖維材料與其他加固材料對比
抗拉強度：碳纖維的抗拉強度約為鋼材的10倍；彈性模量：碳纖維復合材料的拉伸
彈性模量高于鋼材，但芳綸和玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的一半和四分之一； 疲勞強度：碳纖維和芳綸纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲。金屬材料在交變應力作用下，疲勞極限僅為靜荷強度的30%～40%.由于纖維與基體復合可緩和裂紋擴展，以及存在纖維內力再分配的可能性，復合材料的疲勞極限較高，約為靜荷強度的70%～80%，并在破壞前有變形顯著的征兆；重量：約為鋼材的五分之一；與碳纖維板的比較：碳纖維片材可以粘貼在各種形狀的結構表面，而板材更適用于規(guī)則構件表面。此外，由于粘貼板材時底層樹脂的用量比片材多、厚度大，與混凝土界面的粘接強度不如片材。
2.3 材料性能碳纖維片是以碳纖維為組分，以樹脂為基體，通過一定的成型方法形成的單向排列的碳纖維的復合片材。它具有極其優(yōu)越的品質：材料質輕高強，碳纖維片的抗拉強度比同截面鋼材高7~10倍，用環(huán)氧樹脂將它與結構物粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝土共同工作，獲得優(yōu)異的補強效果，而結構物自重的增加幾乎可以忽略；其抗疲勞強度高，耐久性能好，耐磨損、抗老化等。
