談?wù)勌祭w維加固技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

高冰冰;谷萬鵬

摘要:橋梁結(jié)構(gòu)的維修、加固和補強等措施的研究和應(yīng)用工程已經(jīng)引起了世界性的關(guān)注。試從對碳纖維的特性分析出發(fā),來論述碳纖維加固技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)中的應(yīng)用。

Abstract: The research and application of the mending, strengthening and reinforcement of the bridge have drawn worldwide attention. The thesis begins with the characteristics of the carbon fiber, and discusses the application of the carbon fiber strengthening technology in the bridge construction.

關(guān)鍵詞:碳纖維;加固;橋梁;結(jié)構(gòu)

Key words: carbon fiber; strengthening; bridge; structure

中圖分類號:U445 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)04-0249-01

1碳纖維材料的基本特性

1.1碳纖維片材

片材碳纖維材料的拉伸強度在2400～3400MPa之間,與普通碳素鋼板拉伸強度為240MPa相比,片材的拉伸強度很高。

片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能而不同,它依據(jù)力學(xué)性能分成高模量、高強度和中等模量3類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高,但其伸長率較低。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,本身不會受酸堿鹽及其他各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕,有著良好的耐寒和耐熱性。

1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料

混凝土結(jié)構(gòu)加固修補配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料,用于滲透過混凝土表面,促進粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ);油灰,用于填充整個表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材;浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂,前者用于碳纖維布粘貼,后者用于碳纖維板粘貼。

浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵,因此,樹脂同混凝土的粘貼強度大于混凝土的拉伸強度和剪切強度。

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,因為這涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時間。采用專配的環(huán)氧樹脂材料,在混凝土施工表面溫度10～40攝氏度時,粘貼環(huán)氧樹脂固化時間約15小時以上,但粘貼后就可以使用的時間為45分鐘以上,專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能完全適合混凝土橋梁的加固工作。

2粘貼碳纖維片材加固施工技術(shù)

2.1 面層處理

混凝土表面的劣化層,例如風化、游離石灰、脫模劑、剝離的砂漿、粉刷層、污物等,必須用砂輪機去除并研磨。用空氣噴嘴、砂輪機與毛刷將待補強區(qū)的粉塵及松動物質(zhì)去除,用水洗凈后使其充分干燥,然后才能予以施工。

2.2 斷面修復(fù)

混凝土面層的不良部分,例如剝落、孔隙、蜂窩、腐蝕等,必須予以清除。若有鋼筋外露情形,必須先做好防蝕處理,再以強度相等或大于混凝土的環(huán)氧樹脂砂漿材料修補。裂縫以環(huán)氧樹脂灌注。裂縫或打除部分若有漏水情形時,必須做好止水、導(dǎo)水處理才能進行施工作業(yè)。

2.3 表面修正

表面平整度凸出部分(小突起等)以切割機或砂輪機將其鏟除并使其平滑。凹陷部分(打除部分)以環(huán)氧樹脂或樹脂砂漿填補。轉(zhuǎn)角處需研磨至凸角R=20毫米(R-曲率半徑)以上,凹角則以樹脂砂漿填補。

2.4 底層涂料

氣溫在5攝氏度以下,雨天或RH>95%時,不可施工。施工范圍的溫度、濕度確認后,選用適當?shù)牡讓油苛稀Ｊ┕がF(xiàn)場空氣應(yīng)十分流通,嚴禁煙火。施工時必須要穿帶保護裝備(口罩、護目鏡及橡皮手套)。

2.5 碳纖維片材的粘貼

纖維貼片預(yù)先以剪刀、刀子依所設(shè)計的尺寸大小裁好。依使用量剪裁尺寸和長度在2米以內(nèi)最適當。為防止保管期間的破損,裁剪數(shù)量只裁所需使用的數(shù)量。施工面底漆的干燥程度可以指觸確認。底漆施工超過一星期以上時,應(yīng)以砂輪機磨平。

將環(huán)氧樹脂的主劑(A劑)和硬化劑(B劑)依所規(guī)定的配比放置于拌合桶中,使用電動攪拌機,使其均勻地混合2分鐘以上。一次拌合量為可使用時間的施工量,超過可使用時間的材料,不可繼續(xù)使用。

環(huán)氧樹脂用毛刷滾輪平均涂布(涂布底漆上)。涂布量隨施工面的表面粗糙程度會有所變化,轉(zhuǎn)角部分要多涂。強化纖維粘貼于樹脂涂布面后,以毛刷滾輪和橡皮刮刀順著纖維方向用力推平,使樹脂浸透并去除氣泡,纖維縱向方向的搭接長度至少要留10cm,橫向方向則不用留。粘貼后放置30分鐘,若纖維有浮出或脫線情形發(fā)生時,以滾輪或橡皮刮刀壓平修正。

兩層以上的強化纖維相疊貼時,重復(fù)步驟。施工現(xiàn)場空氣應(yīng)十分流通,嚴禁煙火。施工時必須要穿戴保護裝備(口罩、護目鏡及橡皮手套)。

3粘貼碳纖維片材加固橋梁的應(yīng)用

3.1 粘貼碳纖維片材加固混凝土橋梁是一項新技術(shù),使得粘貼加固法成為公路橋梁快速加固的方法,滿足了公路橋梁加固期間盡量不影響橋梁正常營運的要求。碳纖維片材輕、現(xiàn)場粘貼無需重型設(shè)備、施工便利,便于橋下的高空作業(yè),可在公路橋梁上推廣應(yīng)用。

3.2 對于公路舊混凝土橋梁的加固方法,在工程上應(yīng)用效果較好的是綜合法,即以某種加固方法為主,輔以其他方法,這必須依照橋梁現(xiàn)場的外觀檢查和技術(shù)狀況評定,加固設(shè)計要求而定。目前,粘貼碳纖維片材加固方法往往輔以裂縫灌漿、裂縫封閉等方法綜合應(yīng)用,這點值得肯定和推而廣之。

3.3 我國目前在工程中采用的碳纖維片材材料及配套樹脂類粘結(jié)材料,一般是以國外進口材料為主,國產(chǎn)材料較少,且產(chǎn)品的勻質(zhì)性及低樹脂含量等技術(shù)指標上還存在一定的差距。這樣,因進口材料單價高,往往會影響技術(shù)的經(jīng)濟決策。因此,除了應(yīng)盡快采取先進技術(shù)及措施提高國產(chǎn)材料質(zhì)量,在碳纖維片材加固技術(shù)應(yīng)用中應(yīng)當更多地從加固效果和耐久方面來考慮橋梁加固后正常運營效益與經(jīng)濟性。

3.4 建議在先進國家科學(xué)研究實踐的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國公路舊橋的加固維修特點與經(jīng)驗,盡快編制碳纖維片材加固技術(shù)指南,以此來指導(dǎo)我國橋梁加固該類工程的施工作業(yè)。

總之,碳纖維片材加固補強公路混凝土橋梁是一項比較新的技術(shù),它的推廣和應(yīng)用需要結(jié)合我國橋梁加固工程的特點進行深入的研究和不斷的完善,從而使我國公路舊橋加固維修技術(shù)躍上一個新的臺階。