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關(guān)鍵詞:芳綸纖維布, 橋梁加固
Abstract: in order to ensure the bridge often is in good technical condition, improve the service level, prolong the service life of the old bridge reinforcement, repair is an essential task. Paste the aramid fiber cloth method is a new method of the bridge reinforcement in construction.
Keywords: aramid fiber cloth, bridge strengthening
中圖分類(lèi)號(hào):U445.7+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-2104(2013)
隨著我國(guó)改革開(kāi)放的深入和社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立,公路交通作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中重點(diǎn)投資建設(shè)的行業(yè),正以前所未有的規(guī)模和速度向前發(fā)展,截止到2002年,我國(guó)已建成永久性公路橋梁29.9萬(wàn)余座,總長(zhǎng)度達(dá)1161.2萬(wàn)延米以上,其大橋1900座,171.86延米,大橋15891座,276.12延米。我國(guó)依靠自己的力量,建成了不同形式的大跨徑懸索橋、斜拉橋、拱橋、連續(xù)剛構(gòu)橋,取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。已建成和即將建成的一批大跨徑橋梁,技術(shù)復(fù)雜,科技含量高,施工難度大,標(biāo)志著我國(guó)橋梁技術(shù)已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。
在新橋大量建造的同時(shí),大量服役橋梁能否繼續(xù)使用已成為公路建設(shè)決策部門(mén)的一件大事。特別是20世紀(jì)70年代以前修建的大量低標(biāo)準(zhǔn)公路橋梁已達(dá)到或接近設(shè)計(jì)年限。在風(fēng)、雨、洪水、冰凍、溫度變化和濕度等自然因素侵蝕下,甚至在地震、撞擊和超載營(yíng)運(yùn)的嚴(yán)重?fù)p害下,許多橋梁的結(jié)構(gòu)性能發(fā)生了巨大變化,有些橋梁已出現(xiàn)了不同程度的損傷,甚至其承載能力已大大降低而逐漸演變?yōu)槲颉5?0世紀(jì)末,我國(guó)公路危橋數(shù)量已達(dá)4451座,總長(zhǎng)度達(dá)16萬(wàn)延米。為保證橋梁經(jīng)常處于完好的技術(shù)狀態(tài),提高其服務(wù)水平,延長(zhǎng)其使用年限,對(duì)舊橋進(jìn)行維修加固是一項(xiàng)必不可少的工作。粘貼芳綸纖維布法就是當(dāng)前橋梁加固施工中的一種新方法。
1橋梁概況
老橋修建于1968年,為10×8.8m+2×13.3m+10×8.8m空心板橋,橋面凈寬7米,全寬7.6米,下部采用樁柱式墩臺(tái),原設(shè)計(jì)荷載汽-15,掛-80。
2結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
該橋由于建造的時(shí)間較早,隨著使用年限的增長(zhǎng)、超載車(chē)輛頻繁過(guò)橋,致使蓋梁出現(xiàn)損傷、開(kāi)裂、混凝土剝落等病害。老橋空心板底箍筋位置出現(xiàn)裂縫;
3總體加固思路
該橋所處地理位置,交通量大,超載車(chē)輛多。鑒于目前橋梁存在的病害,對(duì)該橋進(jìn)行加固,以利于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期安全使用,總體加固思路如下:采用板底粘貼芳綸纖維布法對(duì)空心板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,以提高其承載能力。
4加固方案
4.1安全措施
由于車(chē)流、人流量大,為保證群眾安全和施工安全,首先在橋兩端距橋頭各50米和200米處,設(shè)置“大橋施工、禁止通行、注意安全、請(qǐng)繞行”等反光警示標(biāo)志標(biāo)牌,并在橋兩端懸掛請(qǐng)群眾諒解的條幅;其次在橋兩端橋面全寬范圍內(nèi),設(shè)置彩鋼瓦并懸掛警示燈,并在彩鋼瓦上涂刷警示標(biāo)語(yǔ);再次在橋下橋兩側(cè)各10米范圍內(nèi),懸掛彩條旗,埋置標(biāo)志標(biāo)牌,禁止人畜進(jìn)入;最后在橋兩端晝夜安排人員值班,提醒、阻止行人、車(chē)輛過(guò)橋。
4.2搭設(shè)安全支架和吊架
根據(jù)工期進(jìn)度的要求,為了能夠完全展開(kāi)工作面,安全快速完成工程任務(wù),用6m鋼管和碗扣支架搭設(shè)滿堂支架,支架每側(cè)寬出橋面2.0m,支架共寬12m,長(zhǎng)202.6m,支架平面間距1.2m,層間距0.6m,并增加鋼管斜撐予以加固,全橋共需碗扣支架150噸,6m鋼管7400根,卡扣22200個(gè)。支架頂面鋪設(shè)3000塊竹排。對(duì)于河岸上安裝滿堂支架的地基,采用3%的灰土進(jìn)行壓實(shí)處理,對(duì)于在水中施工的第8~14孔,滿堂支架搭設(shè)在施工平臺(tái)上,施工平臺(tái)用φ15~φ20長(zhǎng)6米的圓木打入水中作基礎(chǔ),圓木平面間距為2m×2m,在圓木上鋪設(shè)15cm×15cm的方木作為橫梁,橫梁上鋪設(shè)6cm厚木板作為施工平臺(tái),施工平臺(tái)四周扯掛安全防護(hù)網(wǎng)。
4.3施工用料
4.3.1芳綸纖維布
芳綸纖維布采用美國(guó)Tercel Aslan Industrial Corp公司生產(chǎn)的TF920芳綸纖維布。它具有抗拉強(qiáng)度高、斷裂延伸率低、彈性模量高、不導(dǎo)電、抗化學(xué)腐蝕性能好、低熱縮、高韌性、抗剪強(qiáng)度高等特性。經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)符合GB/T3354-1999定向纖維增加塑料拉伸性能試驗(yàn)方法和GB/T9914.3-2001單位面積質(zhì)量測(cè)定的要求。芳綸纖維布的性能指標(biāo)如下:
4.3.2浸潤(rùn)樹(shù)脂
浸潤(rùn)樹(shù)脂采用美國(guó)Tercel Industrial Corp公司生產(chǎn)的TC210浸潤(rùn)樹(shù)脂。它具有正拉粘結(jié)強(qiáng)度、拉伸剪切強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彈性模量高和伸長(zhǎng)率大等特性。經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心檢測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)符合中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)CECS146:2003標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)要求。TC210浸潤(rùn)樹(shù)脂的性能指標(biāo)如下:
4.4施工工藝
4.4.1準(zhǔn)備工作
用磨光機(jī)將粘貼面打磨除去砼表面1-2mm表面風(fēng)化層,對(duì)于松散和強(qiáng)度低的砼采用手鑿鑿除,直到強(qiáng)度滿足施工要求為止。用鼓風(fēng)機(jī)吹去表面浮塵和殘余砼,然后用脫脂棉沾丙酮檫試表面。
對(duì)混凝土表面氣孔、凹陷部位用環(huán)氧膠液(質(zhì)量配合比為環(huán)氧樹(shù)脂E-44(6101):乙二胺(EDA):鄰苯二甲酸二丁脂:690號(hào)活性溶劑:丙酮=100:8:10~20:15~20:0~5)填平,確?;炷帘砻嫦鄬?duì)平整。修補(bǔ)后粘貼面用1米直尺檢測(cè),保證平整度在2mm以內(nèi)。用滾筒刷將底膠按90g/m2用量均勻涂刷于板底混凝土表面,待膠固化后再進(jìn)行下一道工序。
4.4.2裁剪芳綸纖維布
按設(shè)計(jì)要求的尺寸將芳綸纖維布平鋪在表面干燥的厚塑料布上用剪刀裁剪芳綸纖維布。裁剪完畢后把芳綸纖維布平鋪在厚1cm的竹膠版上,將浸潤(rùn)樹(shù)脂按900 g/m2用量將芳綸纖維布充分浸透,并且涂刷均勻。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工,通常在氣溫20℃的晴天時(shí),芳綸纖維布在陰涼處涼曬50分鐘即可進(jìn)行粘貼芳綸纖維布。
對(duì)于本工程中粘貼的纖維布,按8人一組施工即可。2人將所粘貼的纖維布展平慢慢拖起,并緊靠粘貼的空心板面,2人用30cm長(zhǎng)的硬質(zhì)圓塑料壓輪(壓輪截面為鋸齒形,鋸齒凸起部分表面圓滑,無(wú)棱角)推壓纖維布使之粘貼在板面上,粘貼要保持平直。4人緊跟其后順著芳綸纖維布粘貼方向用塑料刮板使勁擠壓纖維布,使其緊貼粘貼板面,保證粘貼纖維布表面無(wú)折皺、無(wú)氣泡、無(wú)空洞、無(wú)歪斜。在受力方向上的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。
待第一層纖維布浸潤(rùn)樹(shù)脂固化后,通常在粘貼12個(gè)小時(shí)后,用滾筒刷將底膠按100g/m2用量均勻涂刷于第一層纖維布表面,待膠固化后用同樣的方法進(jìn)行第二層纖維布的施工。第二層纖維布膠固化后,按70g/m2用量在第二層纖維布表面均勻涂刷一層保護(hù)層膠。
粘貼結(jié)束后,應(yīng)檢查粘貼效果和質(zhì)量,發(fā)現(xiàn)纖維布空洞缺陷及時(shí)用注射器注膠補(bǔ)救,確保工程質(zhì)量。
5施工現(xiàn)場(chǎng)管理
化學(xué)灌漿材料多屬易燃品,應(yīng)密封儲(chǔ)存,遠(yuǎn)離火源;在配制及使用現(xiàn)場(chǎng),必須通風(fēng)良好,操作人員應(yīng)穿工作服。戴口罩、乳膠手套和眼睛,并嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)食;工作現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁煙火,必須配備消防設(shè)施。
近年來(lái),隨著地質(zhì)災(zāi)害、自然災(zāi)害和人為災(zāi)害的不斷增多,人們對(duì)建筑物的安全性、適用性和耐久性的要求不斷提高。在新建房屋不斷增加的同時(shí),對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的維護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)加固也引起了工程界的廣泛重視。
在建、舊有建筑一旦出現(xiàn)安全隱患,需要及時(shí)做出相應(yīng)的加固補(bǔ)救措施,防止因加固方法不對(duì)而引起的工程質(zhì)量事故。這些事故的發(fā)生均對(duì)國(guó)家和業(yè)主造成不必要的損失,產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。因此,準(zhǔn)確分析事故,合理地處理事故,是當(dāng)前建筑領(lǐng)域面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。
2 現(xiàn)有的混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)
近20年來(lái),加固方法得到了極大的發(fā)展,其方法有許多種,從傳統(tǒng)的加大截面加固法、外包型鋼加固法和預(yù)應(yīng)力加固法等到粘貼碳纖維加固法等,都有了很大進(jìn)步。目前常用的有以下幾種:
(1)加大截面加固法 采用鋼筋混凝土或鋼筋網(wǎng)砂漿層,來(lái)增大原混凝土結(jié)構(gòu)截面面積,達(dá)到提高構(gòu)件承載力的目的。
(2)增設(shè)支點(diǎn)加固法 增設(shè)支點(diǎn)加固法是用增多支撐點(diǎn)來(lái)減小結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度,達(dá)到減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力和提高其承載能力的加固方法。
(3)預(yù)應(yīng)力加固加固法 采用外加預(yù)應(yīng)力拉桿或型鋼撐桿對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或整體進(jìn)行加固的方法。
(4)粘貼鋼板加固法 利用結(jié)構(gòu)膠,將鋼板粘貼到混凝土表面,形成混凝土―膠―鋼板這樣一種復(fù)合體系。
(5)玻璃鋼加固法 外貼玻璃鋼加固法原理與粘貼鋼板加固基本相同。
(6)噴射混凝土技術(shù)加固法 噴射混凝土是借助噴射機(jī)械,利用壓縮空氣和動(dòng)力,將一定比例配合的拌合料,通過(guò)管道輸送并以高速噴射到受?chē)娒嫔夏Y(jié)硬化而成的一種混凝土。
(7)碳纖維加固法 碳纖維加固法通過(guò)使用輕質(zhì)高強(qiáng)的碳纖維布粘貼結(jié)構(gòu)相應(yīng)的部位來(lái)達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。
(8)高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)加固法 采用高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)和滲透性聚合物砂漿對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗彎及抗剪加固均可取得很好的加固效果,不僅抗彎承載力和抗剪承載力可以得到顯著地提高,而且抗彎剛度也能夠得到顯著地提高。
3 研究?jī)?nèi)容
為了研究碳纖維布及鋼絞線網(wǎng)對(duì)受剪加固后梁的各項(xiàng)性能,尤其是在二次受力下加固梁的性能我們進(jìn)行了試驗(yàn)研究。采用外貼CFRP布及高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)-滲透性聚合砂漿的方法對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁進(jìn)行斜截面抗剪加固。7根試驗(yàn)梁,1根對(duì)比梁。根據(jù)實(shí)際工程情況,在加固區(qū)域正常配置了箍筋。加固前將除對(duì)比梁以外的所有實(shí)驗(yàn)梁進(jìn)行預(yù)裂。DBJ0未加固。CJ1至CJ3采用碳纖維布進(jìn)行了加固,CJ3為卸載后再加載,CJ1、CJ2均為二次受力加固。初始加載值均根據(jù)DBJ0所測(cè)出的極限荷載來(lái)確定。SJ1至SJ3采用高強(qiáng)不銹鋼絞線網(wǎng)進(jìn)行加固,加固的方式均與碳纖維布的加固方式相同。
4 試驗(yàn)結(jié)果與分析
試驗(yàn)中需要對(duì)6根梁進(jìn)行初始施壓,其初始荷載的大小根據(jù)鋼筋的屈服為界限確定。表1給出了初始荷載的主要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
構(gòu)件加固后重新加載至破壞的試驗(yàn)結(jié)果由表2列出。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用CFRP布對(duì)鋼筋混凝土梁進(jìn)行抗剪加固,對(duì)于提高構(gòu)件的正截面承載能力具有一定的效果,這與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的研究結(jié)論相一致。但本試驗(yàn)中鋼絞線網(wǎng)對(duì)抗剪加固沒(méi)起到任何作用,其原因可能與工藝及施工質(zhì)量有關(guān)。因而在后面的數(shù)據(jù)處理中沒(méi)有對(duì)鋼絞線網(wǎng)的結(jié)果做過(guò)多說(shuō)明。
加固前后梁的跨中、左支座及右支座荷載與撓度的關(guān)系曲線如圖1-圖3。從試驗(yàn)梁的荷載-撓度曲線圖中可以看出,加固梁的撓度均小于對(duì)比梁的撓度,可見(jiàn)粘貼碳纖維布的抗剪加固方法可以有效減小梁的撓度。因此,經(jīng)CFRP加固后的梁的整體剛度和變形能力在一定程度上都有明顯的提高。
當(dāng)加固施工時(shí),很難對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行完全卸載,而且在加固施工前結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)存在損傷,因而考慮梁的預(yù)損傷對(duì)加固效果的影響是很必要的。因此,試驗(yàn)中模擬實(shí)際情況,先加載至160kN,梁出現(xiàn)裂縫且裂縫寬度大于允許最大裂縫寬度后,保持荷載,粘碳纖維布直到膠達(dá)到強(qiáng)度再加載,即二次受力鋼筋混凝土梁。并和卸載粘碳纖維布進(jìn)行了比較,從圖1-圖3可知,卸載的梁CJ3的撓度小于不卸載的梁CJ1,CJ2的撓度。說(shuō)明如果建筑物加固,最好將使用荷載完全卸掉后再粘碳纖維,這樣能使碳纖維得到充分利用,加固效果好。
加固一般都存在新加部分應(yīng)力滯后的問(wèn)題,為了使新老結(jié)構(gòu)盡可能的共同受力,加固前先卸去原結(jié)構(gòu)所承受的荷載,加固后再重新施加是較好的方法。
5 小結(jié)
本文根據(jù)對(duì)碳纖維布及鋼絞線網(wǎng)加固抗剪梁進(jìn)行的試驗(yàn)研究,其結(jié)果表明:
(1)碳纖維布能有效的提高鋼筋混凝土梁的承載力。
(2)加固后梁的主裂縫條數(shù)增多,且相應(yīng)荷載的裂縫寬度變小,裂縫開(kāi)展比較緩慢。
關(guān)鍵詞: 玄武巖纖維布;加固;混凝土;梁;抗彎;破壞
第一作者簡(jiǎn)介:余少華,男,江西省交通設(shè)計(jì)院,南昌,330002.高級(jí)工程師,主要從事公路交通勘察設(shè)計(jì)工作,研究方向橋梁結(jié)構(gòu)
1 前言
外貼纖維復(fù)合材料加固法是采用纖維增強(qiáng)塑料片材對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)加固的新技術(shù),也是當(dāng)今世界各國(guó)正在積極探索的研究方向。目前我國(guó)土木工程中常用的是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料[1、2]。新型玄武巖纖維[3]有較高抗拉強(qiáng)度和彈性模量;抗沖擊性能好,可廣泛用于軍事裝備,防爆設(shè)施和橋梁墩柱的加固工程;抗疲勞抗動(dòng)載性能好;同時(shí)還有優(yōu)越的物理學(xué)性能,具有較強(qiáng)的耐酸、耐堿和耐化學(xué)腐蝕性能和電絕緣性能,良好的粘合性、耐熱性等,非常適于土木工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件使用,在混凝土結(jié)構(gòu)抗震加固方面應(yīng)用是一個(gè)理想的選擇[4-6]。
本文以探討模擬橋梁T型混凝土梁外貼連續(xù)玄武巖纖維布加固的抗彎效果為研究目的,預(yù)制3組共9片T形簡(jiǎn)支混凝土試件梁,分別采用試驗(yàn)梁體直接貼布狀態(tài)下的抗彎和恒載作用下梁底腹板貼布后抗彎過(guò)程,觀測(cè)構(gòu)件在各受力階段的力學(xué)性能指標(biāo)和現(xiàn)象,對(duì)粱的跨中撓度、承載力、裂縫形態(tài)、破壞特征和纖維布應(yīng)變等進(jìn)行了研究,并分析對(duì)比了幾種因素對(duì)加固效果的影響。籍此研究結(jié)果有助于玄武巖纖維布在橋梁、建筑等加固工程技術(shù)的應(yīng)用。
2 試驗(yàn)材料
2.1 混凝土T形梁
2.1.1試件的尺寸
試驗(yàn)共澆注9根鋼筋混凝土T形簡(jiǎn)支梁,試件的尺寸為:梁高32.5cm、翼緣厚度4cm、翼緣寬39.5cm、腹板厚度為4.5cm(如圖1所示),計(jì)算跨徑4875mm?;炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度均為C25。試驗(yàn)中采用HRB335級(jí)鋼筋及光圓鋼筋:縱筋采用、架立筋采用。
圖1鋼筋混凝土T形簡(jiǎn)支梁橫、縱截面配筋圖(單位:cm)
2.1.2試件梁的制作
所有試件均在預(yù)制梁廠進(jìn)行澆筑、養(yǎng)護(hù)。采用鋼模板進(jìn)行一次性澆筑,在澆筑構(gòu)件的同時(shí),每個(gè)構(gòu)件預(yù)留150mm×150mm×150mm的立方體試塊3塊,24小時(shí)后拆模。在每個(gè)構(gòu)件試驗(yàn)前一天或當(dāng)天進(jìn)行抗壓試驗(yàn)測(cè)得混凝土立方體抗壓強(qiáng)度為25.4―26.8MPa,其余強(qiáng)度指標(biāo)按有關(guān)規(guī)定進(jìn)行換算。試件在拆模后連續(xù)7天每日澆水,之后自然養(yǎng)護(hù)。
2.2 玄武巖纖維布
采用橫店集團(tuán)上海俄金玄武巖纖維有限公司生產(chǎn)的玄武巖纖維布BUF9-300,其技術(shù)參數(shù)如下表:
表1 玄武巖纖維布技術(shù)參數(shù)
產(chǎn)品規(guī)格 單位面積重量 名義設(shè)計(jì)厚度 抗拉強(qiáng)度 彈性模量 延展率 比重
BUF9-300 300 g/m2 0.109 mm ≥2100 MPa ≥93 GPa ≥93.1% 2.7 g/cm3
2.3 粘貼膠
試驗(yàn)采用的粘結(jié)膠是湖南固特邦公司生產(chǎn)的JN-C碳纖維加固專用膠,系A(chǔ)、B兩組分改性環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)膠粘劑,由JN-CS碳纖維粘貼底膠、JN-CE碳纖維粘貼找平膠、JN-C3P碳纖維浸漬粘貼膠三個(gè)膠種組成,分別在加固施工各工序中使用,其具體的參數(shù)性能如下表:
表2 加固專用膠性能
3 試驗(yàn)
3.1試驗(yàn)方案
試驗(yàn)主要考慮了加固纖維布和梁體受力后等因素對(duì)鋼筋混凝土梁的受彎破壞特征、極限承載力、撓度等力學(xué)性能的影響。加固的效果主要是體現(xiàn)在梁體剛度的變化以及裂縫形態(tài)兩個(gè)方面,為此我們?cè)O(shè)計(jì)了三組試驗(yàn):第1組梁體編號(hào)L1~L3中進(jìn)行的是梁未貼布加固直接加載試驗(yàn),即未加固時(shí)正常使用狀態(tài)下的承載力和極限承載力狀態(tài)下的承載力分析;第2組梁體編號(hào)L4~L6是在不進(jìn)行應(yīng)變等效的情況下粘帖一層玄武巖纖維布進(jìn)行加固后加載試驗(yàn),第3組梁體編號(hào)L7~L9在進(jìn)行應(yīng)變等效的情況下粘帖一層玄武巖纖維布,即加載方式是加載裂縫出現(xiàn)后貼布加固再二次加載試驗(yàn)。
3.2玄武巖纖維布的粘貼工藝
外貼纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu),纖維布的粘帖技術(shù)對(duì)其加固效果有很大影響。結(jié)合國(guó)內(nèi)外在纖維布粘帖工藝方面的研究和實(shí)踐成果,試驗(yàn)中采用了如下的常用纖維布加固施工流程:準(zhǔn)備工作基底處理涂刷底膠、找平膠和浸潤(rùn)樹(shù)脂粘帖纖維布養(yǎng)護(hù)。
本試驗(yàn)考慮了試件的二次受力,對(duì)于二次受力加固的試件。在試驗(yàn)過(guò)程中為防止膠和纖維布因自然重力下垂,試驗(yàn)用表面光滑的木板,并在板上貼一層硬質(zhì)塑料布防止纖維布和木板直接膠結(jié)在一起,粘帖完纖維布之后立即貼上木板并用木棍把木板支撐住,使纖維布和試件粘結(jié)良好,所有貼布試件兩端均用兩個(gè)U型玄武巖纖維布進(jìn)行錨固,在粘帖U型箍處進(jìn)行輕微倒角,使U型箍和試件充分的接觸。
3.3 試驗(yàn)裝置布置
試驗(yàn)采用簡(jiǎn)支兩點(diǎn)對(duì)稱加載形式,通過(guò)分配梁在三分點(diǎn)上加載。
3.4 加載方式
3.4.1 未加固試件梁受彎極限承載力試驗(yàn)
該組試驗(yàn)主要測(cè)試未加固梁試件L1~L3的力學(xué)性能。首先計(jì)算梁截面抗彎強(qiáng)度及開(kāi)裂彎矩,進(jìn)而求解出極限承載力和開(kāi)裂荷載的理論值如下式所示: 。
由于是在三分點(diǎn)上進(jìn)行兩點(diǎn)加載故:。
根據(jù)理論計(jì)算公式:、
對(duì)預(yù)加載程度考慮了4種水平,分別預(yù)加開(kāi)裂荷載、、、,在達(dá)到每級(jí)荷載水平后測(cè)量結(jié)構(gòu)的撓度、應(yīng)變及裂縫寬度等力學(xué)性能。
試驗(yàn)時(shí)在主梁腹筋彎起點(diǎn)處進(jìn)行加載。在開(kāi)裂前以1kN進(jìn)行加載,待達(dá)到開(kāi)裂荷載之后以每級(jí)0.5kN加載至,至之間以每級(jí)2.5kN進(jìn)行加載,至之間以每級(jí)1.5kN進(jìn)行加載。每級(jí)荷載加載間歇為10分鐘,以確保試件得到充分的變形直到穩(wěn)定。
3.4.2 直接加固試件梁受彎極限承載力試驗(yàn)
第2組中梁體L4~L6是研究在加載卸載過(guò)程下對(duì)試件梁進(jìn)行直接貼布后,梁體在達(dá)到承載力極限狀態(tài)下的極限荷載以及正常使用極限狀態(tài)下的極限荷載等相關(guān)力學(xué)特性。
首先對(duì)試件梁進(jìn)行貼布待膠體完全固結(jié)時(shí)以2kN進(jìn)行加載至正常使用極限狀態(tài),而后加載至構(gòu)件破壞。混凝土構(gòu)件達(dá)到下列破壞標(biāo)志之一時(shí),即認(rèn)為達(dá)到承載力極限狀態(tài):受壓區(qū)混凝土壓碎;玄武巖纖維布被拉斷;玄武巖纖維布與混凝土發(fā)生剝離破壞。
3.4.3 模擬活載作用后卸載至恒載作用時(shí)的加固梁受彎試驗(yàn)
第3組試驗(yàn)時(shí)在主梁腹筋彎起點(diǎn)處進(jìn)行加載。在開(kāi)裂前以1kN進(jìn)行加載,待達(dá)到開(kāi)裂荷載之后以每級(jí)0.6kN加載,結(jié)構(gòu)變形充分后粘貼纖維布。待膠體完全固結(jié)后以2kN進(jìn)行加載直結(jié)構(gòu)達(dá)到正常使用極限狀態(tài);而后以2kN進(jìn)行加載直至構(gòu)件破壞。
4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析
4.1 粘貼纖維布對(duì)梁體的撓度影響
上述梁抗彎撓度試驗(yàn)結(jié)果總匯表3列示如下。
三組試驗(yàn)結(jié)果荷載―撓度關(guān)系表明作為對(duì)比參照的第1組中梁L1~L3在縱筋屈服時(shí)跨中撓度分別為7.9mm、8.4mm及8.0mm,之后撓度急劇增長(zhǎng),破壞時(shí)跨中撓度分別為100.5mm、105.5mm 及100.4mm,平均值為102.1mm。與對(duì)比梁相比所有加固梁L4~L9的跨中撓度較為緩慢,其中第2組L4~L6號(hào)梁破壞時(shí)的撓度為61.4mm、65.6mm及66.7mm,平均值為64.6mm,較對(duì)比第1組降低了36.7%;第3組L7~L9號(hào)梁破壞時(shí)的撓度分別為74.1mm、72.8mm及70.8mm,平均值為72.6mm,較對(duì)比第1組降低了28.9%。對(duì)比分析可見(jiàn),粘貼玄武巖纖維布加固使構(gòu)件的抗彎剛度有了明顯的提高,加載后貼布比直接貼布加固后梁體的剛度有所降低。以上分析可知,玄武巖纖維布加固梁的剛度在不同階段提高的程度不同,在受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂之前,混凝土梁的荷載-撓度曲線近似為直線,混凝土的剛度
表3梁抗彎撓度試驗(yàn)結(jié)果
保持不變;受拉區(qū)混凝土開(kāi)裂之后,開(kāi)裂時(shí)第1至第3組的平均撓度值分別為2.17mm、1.70mm及2.20mm,由于玄武巖纖維布的存在抑制了裂縫的開(kāi)展,因此梁的剛度有了一定程度的提高;縱筋屈服后,曲線再次出現(xiàn)拐點(diǎn),玄武巖纖維布在梁體受彎中發(fā)揮的作用逐漸增大,一方面是由于玄武巖纖維布在鋼筋屈服后承受所有的拉應(yīng)力,代替了鋼筋的作用;另一方面玄武巖纖維布對(duì)裂縫擴(kuò)展具有較明顯的抑制作用,因此混凝土梁在這一階段的抗彎剛度有了顯著的提高。
4.2 粘貼纖維布對(duì)梁體承載力的影響
在所有梁體加載至正常使用極限狀態(tài)時(shí),第1組中L1~L3號(hào)梁所對(duì)應(yīng)的荷載值分別為35.3kN、37.4kN及36.0kN,平均值為36.2kN;第2組中L4~L6號(hào)梁所對(duì)應(yīng)的荷載值分別為43.3kN、43.5kN及43.0kN,平均值為43.3kN,承載力提高了19.6%;第3組中L7~L9號(hào)梁所對(duì)應(yīng)的荷載值分別為37.0kN、37.5kN及35.5kN,平均值為36.7kN,承載力提高了5%;說(shuō)明加載出現(xiàn)裂縫后貼布對(duì)梁體進(jìn)入正常使用階段狀態(tài)時(shí)的承載能力并無(wú)顯著的提升。相應(yīng)的進(jìn)入承載力極限狀態(tài)時(shí)第2組的平均極限承載力提高了14.6%,第3組的平均極限承載力提高了6.5%。
4.3 粘貼纖維布對(duì)梁裂縫形態(tài)的影響
正常使用極限狀態(tài)對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件到達(dá)正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)下列之一時(shí),即認(rèn)為超過(guò)了正常使用極限狀態(tài):影響正常使用或外觀變形;影響正常使用或耐久性的局部損壞;影響正常使用的振動(dòng);影響正常使用的其它特定狀態(tài)。對(duì)于本試驗(yàn)采用允許最大裂縫寬度作為判別鋼筋混凝土T梁進(jìn)入正常使用極限狀態(tài)的依據(jù),即鋼筋混凝土受彎構(gòu)件在荷載組合作用下,出現(xiàn)的最大裂縫寬度不應(yīng)超過(guò)0.2mm。
所有試驗(yàn)梁在純彎段內(nèi)均出現(xiàn)明顯的彎曲裂縫,與對(duì)比梁第1組相比,加固梁在加載過(guò)程中裂縫發(fā)展較為緩慢,裂縫數(shù)量較多而且比較密集,寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)比梁。另外,在荷載增加至一定階段,加固梁純彎段多數(shù)裂縫底部出現(xiàn)了分叉現(xiàn)象并向水平方向發(fā)展,故隨著荷載的持續(xù)增加,加固梁將發(fā)生混凝土保護(hù)層剝離破壞。根據(jù)表4試驗(yàn)裂縫實(shí)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)可知粘貼玄武巖纖維布對(duì)試驗(yàn)梁裂縫發(fā)展有明顯的約束作用。
表4 試驗(yàn)梁裂縫實(shí)測(cè)結(jié)果
4.4 粘貼纖維布對(duì)試件梁破壞形態(tài)的影響
試驗(yàn)梁的破壞模式表現(xiàn)為以下三種:第1組對(duì)比梁L1~L3的破壞模式屬于典型的適筋梁受彎破壞模式,鋼筋屈服后受壓區(qū)混凝土被壓碎;第2組加固試驗(yàn)梁L4~L6均發(fā)生了混凝土保護(hù)層剝離破壞,同時(shí)梁底玄武巖纖維布被拉斷,這種破壞模式是由于鋼筋在屈服后隨著荷載的不斷增加玄武巖纖維布的拉應(yīng)變超過(guò)其最大應(yīng)變值,使其發(fā)生了斷裂,并且由于混凝土表面水平裂縫的不斷擴(kuò)展最終導(dǎo)致梁底混凝土保護(hù)層剝落,剝落段主要出現(xiàn)在梁體純彎段內(nèi);第3組加固試驗(yàn)梁L7~L9均在梁底跨中混凝土-膠體截面上發(fā)生剝離開(kāi),這種破壞模式一般是由于膠體作用于混凝土表面剪應(yīng)力和正應(yīng)力的合力作用引起的,并且在剝離后玄武巖纖維布發(fā)生斷裂。所有加固梁的破壞模型均表現(xiàn)為脆性破壞。
4.5梁底纖維布應(yīng)變
玄武巖纖維布的應(yīng)變發(fā)展也可分為三個(gè)階段?;炷灵_(kāi)裂后對(duì)玄武巖纖維布的應(yīng)變的影響表現(xiàn)的不為明顯;混凝土開(kāi)裂至受拉鋼筋屈服前階段玄武巖纖維布的應(yīng)變隨著荷載的增長(zhǎng)發(fā)展比較緩慢;鋼筋屈服后,隨著玄武巖纖維布在承擔(dān)荷載中發(fā)揮的作用越來(lái)越大,玄武巖纖維布的應(yīng)變發(fā)展速度顯著加快。第2組L4~L6其玄武巖纖維布被拉斷時(shí)應(yīng)變值分別達(dá)到了15108、15294和14953,分別是玄武巖纖維布極限拉應(yīng)變17916的84.3%、85.4%和83.5%,說(shuō)明第2組玄武巖纖維布能較顯著的發(fā)揮其自身的抗拉性能。第3組L7~L9其玄武巖纖維布被拉斷時(shí)應(yīng)變值分別達(dá)到了11547、10970和10245,分別是玄武巖纖維布極限拉應(yīng)變17916的64.5%、61.2%和57.2%,說(shuō)明第3組由于混凝土與玄武巖纖維布膠界面處發(fā)生脫離后玄武巖纖維布能充分的發(fā)揮其自己的抗拉特性導(dǎo)致加固效果不如第2組明顯。
5. 結(jié)論
以上進(jìn)行試驗(yàn)及其分析可得出主要結(jié)論如下:外貼玄武巖纖維布加固的鋼筋混凝土梁破壞時(shí)的撓度較未加固的對(duì)比梁組有明顯降低,證明粘貼玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁的可行性和有效性,但粘貼方式對(duì)加固效果有差異,出現(xiàn)裂縫后貼布加固的效果比未加載直接貼布加固的效果稍差;外貼玄武巖纖維布加固梁在一定的程度上能提高承載能力;粘貼玄武巖纖維布對(duì)試驗(yàn)梁裂縫發(fā)展有明顯的約束作用;外貼玄武巖纖維布加固的鋼筋混凝土梁隨著荷載增大鋼筋屈服后,玄武巖纖維布在承擔(dān)荷載中發(fā)揮的作用越來(lái)越大,被拉斷時(shí)應(yīng)變值可達(dá)到其極限拉應(yīng)變的80%以上,其后斷裂導(dǎo)致梁底混凝土保護(hù)層剝落而破壞;所有加固梁體的破壞模式均為表現(xiàn)為脆性破壞。
參考文獻(xiàn)
中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T21490-2008 結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.
中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T21491-2008 結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用芳綸布[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.
【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)加固;碳纖維布;質(zhì)量控制
上海市星火開(kāi)發(fā)區(qū)銀星大樓為一幢十四層的鋼砼框剪結(jié)構(gòu)大樓,建筑面積:15000M2。前幾年大樓在施工至結(jié)構(gòu)封頂后中途停建,成為一幢爛尾樓。本次大樓改造后使用功能發(fā)生改變,對(duì)原大樓的基礎(chǔ)、柱、梁、板、墻、樓梯等都需要進(jìn)行加固。結(jié)構(gòu)改造加固中幾乎每層樓板、梁、柱都進(jìn)行了加固,采用了包角鋼加固、貼鋼板法加固和碳纖維布加固多種方法。
筆者在參加該工程的施工過(guò)程中,對(duì)碳纖維布加固方法進(jìn)行了學(xué)習(xí)和總結(jié),認(rèn)為這種加固方法是值得借鑒和推廣的。
碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的加固技術(shù),主要適用于因設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)、材料質(zhì)量不符合要求、使用功能改變、遭受災(zāi)害以及耐久性原因而需對(duì)鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土及素混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固修補(bǔ)的工程。其工作原理是通過(guò)結(jié)構(gòu)膠與碳纖維布、混凝土面的粘結(jié)力,使固化后的結(jié)構(gòu)膠、碳纖維布與混凝土基體連接成整體而滿足碳纖維布的錨固要求。
其主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:1、性能穩(wěn)定,一般無(wú)腐蝕問(wèn)題。2、重量輕,不增加結(jié)構(gòu)靜載。3、強(qiáng)度高。4、容易手工操作,不需專門(mén)機(jī)械設(shè)備。
下面具體介紹一下碳纖維布加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量控制方法。
1 基底處理
1.1 混凝土表面如出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予剔除,對(duì)較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。
1.2 裂縫部位,如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。
1.3 用混凝土角磨機(jī)、砂輪(砂紙)等工具,去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì),構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸出部位要磨平,轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀(R3 10mm)。
1.4 用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈并保持干燥。
2 涂底膠
2.1 按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中,用攪拌器攪拌均勻,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量,并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。
2.2 用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構(gòu)件表面,厚度不超過(guò)0.4mm,并不得漏刷或有流淌、氣泡,等膠固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時(shí)),再進(jìn)行下一道工序。
3 用整平膠料找平
3.1 混凝土表面凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮整平膠料修補(bǔ)填平,模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用整平膠料填補(bǔ),盡量減少高差。
3.2 轉(zhuǎn)角的處理,應(yīng)用整平膠料將其修補(bǔ)為光滑的圓弧,半徑不小于10mm。
3.3 整平膠料須固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時(shí)),方可再進(jìn)行下一道工序。
4 粘貼碳纖維布
4.1 按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,除非特殊要求,碳纖維布長(zhǎng)度應(yīng)在3m以內(nèi)。
4.2 配置、攪拌粘貼膠料,然后用滾筒刷均勻涂抹于所粘貼部位,在搭接、拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。
4.3 用特制光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面,以去除氣泡,使碳纖維布充分浸潤(rùn)膠料。多層粘貼應(yīng)重復(fù)以上步驟,待纖維表面指觸感干燥為宜,方可進(jìn)行下一層碳纖維布的粘貼。
4.4 在最外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
5 施工構(gòu)造要求
5.1 碳纖維布沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。
5.2 碳纖維布的端部在必要時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的附加措施,如采取鋼板固定等。
5.3 粘貼碳纖維布應(yīng)盡量避開(kāi)障礙物,如遇無(wú)法清除的障礙物而需截?cái)鄷r(shí),在截?cái)嗖课灰枰赃m當(dāng)加強(qiáng)處理。
5.4 施工溫度要求。根據(jù)工藝要求,現(xiàn)場(chǎng)氣溫應(yīng)大于等于5℃ ,如果氣溫低于5℃,應(yīng)使用適于低溫的特殊膠種或采取其它加溫處理措施,如氣溫長(zhǎng)時(shí)間低于5℃,應(yīng)暫停施工。
6 工程驗(yàn)收
6.1 工程驗(yàn)收時(shí)必須有碳纖維及其配套膠料廠家所提供的材料檢驗(yàn)證明。
6.2 每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進(jìn)行檢驗(yàn),作好相關(guān)的驗(yàn)收記錄,如出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題,應(yīng)立即返工。
6.3 施工結(jié)束后的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量為主,用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面,以回聲來(lái)判斷粘結(jié)效果,如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)現(xiàn)象,應(yīng)采取針管注膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。若粘結(jié)面積小于90%,則判定為粘結(jié)無(wú)效,需重新施工。
6.4 對(duì)于碳纖維布粘貼面積在1000m2以上的工程,為檢驗(yàn)其加固效果應(yīng)與甲方協(xié)商進(jìn)行荷載試驗(yàn),其結(jié)構(gòu)的變形等各項(xiàng)指標(biāo)均應(yīng)滿足國(guó)家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)及使用要求。實(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場(chǎng)按1000兩組隨機(jī)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。本工程一共做了三組拉拔試驗(yàn),都是造成混凝土破壞,滿足要求。
7 結(jié)論
本工程目前已交工有5年,根據(jù)回訪結(jié)果及建設(shè)單位的反映,碳纖維加固的工程質(zhì)量良好,未出現(xiàn)碳纖維布脫落或開(kāi)裂、梁板裂縫現(xiàn)象,使用良好,滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求。
通過(guò)對(duì)銀星大樓加固工程實(shí)例的施工操作,深深體會(huì)到碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),該工程施工時(shí),在確保安全的前提下,僅使用了簡(jiǎn)單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪,在各種支架的遮擋處可以隨意穿過(guò),施工非常方便。由此可見(jiàn),碳纖維布加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯,應(yīng)用前景很光明。
參考文獻(xiàn):
[1]《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》
關(guān)鍵詞:碳纖維布加固施工技術(shù)
碳纖維布具有高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量、質(zhì)量輕、厚度薄、耐腐蝕性能好、使用方便等重點(diǎn),所以碳纖維布加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是新興的一種加固技術(shù)。該技術(shù)是利用樹(shù)脂類(lèi)材料將碳纖維布粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,使碳纖維布與混凝土形成一個(gè)復(fù)合性整體,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。碳纖維布加固技術(shù)具有施工便捷、用途廣泛、不改變結(jié)構(gòu)形狀及重量等特點(diǎn),有很大的研究推廣價(jià)值。
1工程概況
某高速公路第八設(shè)計(jì)段有120多萬(wàn)土石方要從設(shè)計(jì)的3號(hào)取土場(chǎng)取料進(jìn)行路基填筑,該填筑路段走向與附近蜿蜒的頭道花園河基本一致,與3號(hào)取土場(chǎng)隔河相望,僅一縣道以4-20m鋼筋混凝土T梁跨河通過(guò)。頭道花園河河床主要是巨粒卵石和大孤石,雨季和冰融季節(jié)水流量大而急,每秒達(dá)300m3以上,修建便橋難度特別大。但該舊橋是于80年代修建,上、下部結(jié)構(gòu)均采用的是C25混凝土;設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-20、掛-100級(jí),人群荷載3.0KN/m2,設(shè)計(jì)抗震烈度為6度。通過(guò)對(duì)該橋進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查、檢測(cè),發(fā)現(xiàn)該橋病害較多,主要集中在橋面開(kāi)裂、破損嚴(yán)重, T梁跨中截面出現(xiàn)豎向受力裂縫,1/4跨處出現(xiàn)彎剪裂縫等。結(jié)構(gòu)承載力基本滿足設(shè)計(jì)要求,但安全儲(chǔ)備不是很足,安全系數(shù)偏低。而附近高速公路施工期間經(jīng)過(guò)該橋多為重載車(chē)且車(chē)流量大。經(jīng)過(guò)比選,決定采取加固該舊橋的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)跨河至3號(hào)取土場(chǎng)取料。
2加固方案及施工工藝
具體加固方案為:一是將原橋面整體化層及鋪裝層整體鑿除,然后植筋,按要求一次性加厚施工橋面整體化層,替代了原橋水泥混凝土整體化屋及瀝青混凝土橋面鋪裝;二是用改性環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行裂縫處理及用碳纖維布加固梁體。碳纖維布加固方法,在T梁底粘貼與梁同寬的通長(zhǎng)碳纖維布條2層,并在端部5m范圍內(nèi)按20cm間距粘貼100mm寬單層碳纖維布“U”形箍,以便更好的將梁底碳纖維布加以固定及增大端部抗剪強(qiáng)度。在翼緣根部,粘貼一層碳纖維布?jí)簵l。
2.1裂縫處理
(1)表面清理
用打磨機(jī)將混凝土表面污物及浮漿清理干凈,直至露出密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)縫寬小于0.2mm的,用改性環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂刷密封;對(duì)大于0.2mm的裂縫用改性環(huán)氧樹(shù)脂灌縫修補(bǔ)。
(2)安裝底座
在梁的兩側(cè)裂縫處各安裝兩個(gè)硅酮橡膠灌漿底座,并用專用底座粘貼膠進(jìn)行固定,兩個(gè)灌漿底座的間距約200mm。
(3)裂縫密封
用封縫膠將整條裂縫及可能漏膠的部位進(jìn)行表面密封,并等待封縫膠的硬化。
(4)灌注改性環(huán)氧樹(shù)脂
將裝好低粘度改性環(huán)氧樹(shù)脂灌縫膠的專用注射筒安裝至底座上,并加壓灌注,直至灌滿為止。灌注過(guò)程應(yīng)連續(xù)施工,注意不可產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象。
(5)拆除底座
待所灌注的改性環(huán)氧樹(shù)脂硬化后,將橡膠底座拆除,并將表面用打磨機(jī)打磨平整。
2.2碳纖維布加固工藝
碳纖維布施工工藝流程見(jiàn)圖一。
圖一 工藝流程圖
(1)表面處理
混凝土表面如出現(xiàn)的表面脫落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位應(yīng)予以剔除,對(duì)較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后用水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。將混凝土的表面用混凝土角磨機(jī)處理整平,除去表面松散物、塵埃、油脂等雜物,凸出部位要磨平,轉(zhuǎn)角部位要倒成不小于20mm的圓角。用吹風(fēng)機(jī)或吸塵器將混凝土表面清理干凈并保持干燥。用脫脂棉沾丙酮擦拭混凝土表面,若有漏水現(xiàn)象要作止水、導(dǎo)水等處理,被加固結(jié)構(gòu)表面處理的好壞直接影響加固質(zhì)量。
(2)涂刷底膠
把底層樹(shù)脂的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入專用容器內(nèi)。先稱量主劑,然后加入固化促進(jìn)劑,攪拌均勻,1~3分鐘后再加入固化劑,并用攪拌器攪拌均勻;一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間(約30~40分鐘)內(nèi)用完。用專用滾筒刷將底層樹(shù)脂均勻的涂刷于混凝土表面,待樹(shù)脂表面指觸干燥(樹(shù)脂表面達(dá)到固化硬結(jié))后,表面上的凸起部分(類(lèi)似結(jié)露的露珠狀)要有砂紙或角磨機(jī)磨平。
(3)修補(bǔ)找平
用配制的環(huán)氧膩?zhàn)訉⒔Y(jié)構(gòu)表面凹陷部位填平,并修復(fù)至表面平整、順滑,無(wú)楞角。轉(zhuǎn)角處也應(yīng)修復(fù)為光滑的圓弧。膩?zhàn)油抗魏螅砻娲嬖诘陌纪共诩y,應(yīng)用砂紙打磨平整。
(4)粘貼碳纖維布
首先,裁剪碳纖維布。根據(jù)要求裁好所需尺寸,并保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位方向一致。嚴(yán)禁斜向裁切碳纖維布,防止出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象。裁剪后的碳纖維布卷成卷狀,防止褶皺、彎折。然后,配制浸漬膠液。按規(guī)定的比例準(zhǔn)確稱量浸漬膠液的主劑和固化劑,裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次配制膠量要以可使用時(shí)間(約50~60分鐘)內(nèi)施工所需量為限。最后,粘貼碳纖維布。粘貼前應(yīng)對(duì)粘貼面再次擦拭,確保無(wú)粉塵后,將浸漬膠液均勻地涂抹于所要粘貼的部位。涂刷時(shí),必須做到“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”的要求,即:穩(wěn),涂刷用力適度,盡量不流不墜不掉;準(zhǔn),在粘貼部位準(zhǔn)確進(jìn)行涂刷,滿刷且不出控制線;勻,涂刷范圍內(nèi)薄厚均勻一致。粘貼碳纖維布時(shí),同樣要“穩(wěn)、準(zhǔn)、勻”,使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。滾壓碳纖維布時(shí),必須用特制的滾筒從一端向另一端多次進(jìn)行滾壓,擠除氣泡,不宜在一個(gè)部位反復(fù)滾壓揉搓,滾壓中應(yīng)讓浸漬膠液充分滲透碳纖維布,以達(dá)到脫泡、浸潤(rùn)的效果。需要搭接時(shí),沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不小于100mm,并保證搭接部位的膠液浸漬質(zhì)量。隨著結(jié)構(gòu)膠粘劑反應(yīng)使粘度增高固化(碳纖維表面指觸感干燥為宜),再涂第二層時(shí)就可達(dá)到良好效果,多層粘貼重復(fù)以上步聚,在最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬膠。
(5)養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù),特別是在其固化時(shí)要防雨淋、防風(fēng)砂等,嚴(yán)格不受外界干擾和碰撞,養(yǎng)護(hù)期約一周。
(6)檢驗(yàn)
施工質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn):
a、碳纖維布片粘貼位置的中心線允許偏差不大于10mm,采用鋼尺測(cè)量全部;
b、碳纖維布片粘貼量不小于設(shè)計(jì)數(shù)量,根據(jù)測(cè)量計(jì)算全部;
c、粘貼質(zhì)量:?jiǎn)蝹€(gè)空鼓面積小于1000mm2時(shí)采用充膠修復(fù),不小于1000mm2時(shí)采用割除修補(bǔ);空鼓面積之和與總粘貼面積之比小于5%,錘擊法全部或抽樣檢查;
d、粘接質(zhì)量不符合要求需割除修補(bǔ)時(shí),應(yīng)沿空鼓邊沿,將空鼓部分的碳纖維布割除,用每邊向外緣擴(kuò)展100mm大小的同樣碳纖維布,用同樣粘結(jié)劑,補(bǔ)貼在原處。
3施工注意事項(xiàng)
(1)固化劑中含有有機(jī)過(guò)氧化物,應(yīng)使用玻璃、鋁、不銹鋼等材料的容器,避免使用鐵、銅等制品。底膠和膩?zhàn)拥墓袒瘎┡c浸漬膠液的固化劑不同,使用時(shí)應(yīng)分清用途,不得用錯(cuò)。
(2)所有材料的計(jì)量必須使用計(jì)量精度為±1g的計(jì)量器,混合的順序是:先計(jì)量樹(shù)脂,然后添加固化促進(jìn)劑攪拌1~3分鐘,再后添加固化劑攪拌1~3分鐘,嚴(yán)禁同時(shí)添加固化劑和固化促進(jìn)劑進(jìn)行混合。
(3)樹(shù)脂的混合量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完,特別是在進(jìn)行浸漬膠液的施工時(shí),應(yīng)考慮浸漬時(shí)間再?zèng)Q定混合量。樹(shù)脂凝化時(shí)間一超過(guò),就會(huì)發(fā)生急劇的固化,不能再進(jìn)行重復(fù)使用,為保證施工質(zhì)量,一般可使用時(shí)間控制在比凝化時(shí)間短10分鐘左右。主劑、固化劑混合后,嚴(yán)格遵守可使用時(shí)間,一旦出現(xiàn)凝化的前兆應(yīng)立即停止使用。
(4)碳纖維布只有與所加固修補(bǔ)的混凝土表面緊密接觸,才可能產(chǎn)生良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。需加固部位表面的銳利突起物或楞角,都可能使碳纖維布產(chǎn)生操作而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。因此,粘貼碳纖維布前,一定要檢查需加固部位表面是否平整,否則應(yīng)進(jìn)行打磨,平整度保持在1mm以內(nèi)。
(5)碳纖維布在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中不得受擠壓,以免碳纖維受損,膠結(jié)材料應(yīng)陰涼密閉儲(chǔ)存。保管碳纖維布時(shí),應(yīng)避免日光直射及雨水、灰塵等的侵襲。碳纖維布裁剪后應(yīng)卷成小卷,防止褶皺。
(6)由于碳纖維為導(dǎo)電材料,施工時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離電氣設(shè)備及電源,或采取相應(yīng)的防護(hù)措施。粘結(jié)劑的配制應(yīng)室內(nèi)進(jìn)行,其操作環(huán)境及施工現(xiàn)場(chǎng)均需保持良好的通風(fēng)。施工人員應(yīng)戴防護(hù)面罩、手套并著工作服。
(7)各種材料不得污染生活水源。廢棄物應(yīng)按環(huán)保要求集中處理,不得直接傾倒大自然或下水道。
4總結(jié)
利用碳纖維布加固技術(shù)補(bǔ)強(qiáng)后,該橋經(jīng)歷了施工期間高頻率重載車(chē)的考驗(yàn),正常使用至今,未出現(xiàn)任何異常現(xiàn)象。