[碳纤维补强技术]碳纤维修复补强技术在桥梁改建加固中的应用

【摘　要】　通过采用碳纤维新材料新技术在桥梁修复施工中的应用范例分析, 探讨了碳纤维补强技术的基本原理 以及施工工艺和效果评价。

【关键词】　碳纤维布,桥梁加固,应用,碳纤维补强,碳纤维补强技术

丹拉高速公路下八里- 小慢岭段新改建工程起点 k1+ 296, 终点k11+ 780, 全长101484 km。原路建成 于1993 年10 月, 全路段内有大桥1 座, 中小桥9 座。 由于10 a 来在重载交通作用下, 桥面板部分受损, 并 产生裂缝, 已不能满足高速公路行车荷载。该次改建将 桥梁修复利用列为工程重点, 采用了多项新材料、新技 术, 其中应用碳纤维布补强桥梁9 座(大桥1 座, 中小 桥8 座) , 施工时间为2003 年7 月15 日～ 8 月20 日。 碳纤维补强技术, 是陈旧钢筋混凝土结构体 外补强的一种新材料、新技术, 在国外已经成熟应用, 并得到广泛认同。近年来, 这种新材料、新技术在我国 的许多省市的多项工程中也已成功应用, 它是修复钢 筋混凝土结构物的一种切实有效的补强措施。 1　修复补强材料的性能 111　碳纤维布 碳纤维布是以碳纤维为组合, 树脂为基体成型的 单向排列碳纤维复合片材。丹拉高速公路下八里- 小 慢岭段桥梁修复中所用碳纤维布是从日本进口, 宽50 cm , 片材厚度01111 mm 的成品, 具有极其优越的品 质。其材料质轻高强(200 g?m 2) , 抗拉强度比同截面钢 材高7～ 10 倍, 用环氧树脂将它与结构物粘贴形成一 体, 能牢靠地与钢筋混凝土共同作用, 使结构物取得较 高的补强效果, 而结构物自重增加几乎可以忽略不计。 老化等优点。

112　环氧树脂 碳纤维布本身并不能充分发挥其强大的力学特性 及优越的耐久性能, 只有通过环氧树脂将碳纤维布粘 附于钢筋混凝土结构表面并与其紧密结合形成整体共 同作用, 才能达到目的。 底涂树脂对混凝土具有良好的渗透作用, 能渗透 到混凝土内, 并达到一定深度, 而粘贴碳纤维布的环氧 树脂易于透过碳纤维布, 具有很强的粘结力。

113　材料的耐久性 ① 碳纤维的化学结构稳定, 它本身不会受酸碱盐 及各类化学介质的腐蚀。用于混凝土结构的修复补强 可以有效防止酸碱盐对混凝土结构腐蚀侵害。 ② 耐寒和耐热性: 碳纤维布可以长期在- 45℃～ 83℃条件下使用, 其强度不发生变化。 ③ 耐水性: 在70℃条件下, 浸渍30 d, 抗拉强度不 降低。 ④ 碳纤维布具有抗紫外线及抗辐射功能。 ⑤ 碳纤维布疲劳性能优越于钢板及混凝土等材 料。 2　碳纤维布修复补强技术在丹拉高速公路下八里- 小慢岭段桥梁修复施工中的应用.

211　碳纤维补强技术的基本原理 将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复 合增强片材(碳纤维布) , 用环氧树脂粘剂沿受拉方向 或垂直于裂缝方向粘贴在需补强结构上, 形成一个新 的复合体, 使碳纤维布与原有钢筋混凝土共同受力, 增 大结构的抗弯拉或抗剪切能力, 并提高结构强度、刚 度、抗裂性和寿命。 构件受弯拉典型破坏形式是产生横贯受拉区至受 压区的集中裂缝, 而构件受拉区表面粘贴了碳纤维布, 构件受荷载作用时, 裂缝难以进一步扩展, 因此, 跨中 的裂缝被分散成短小而细碎的裂缝, 且均匀分散于构 件的受拉区, 使构件截面受压区高度增大, 而在碳纤维 布的作用下, 使受弯构件的承载力增加。

212　施工工艺及质量保证措施 丹拉高速公路下八里- 小慢岭段碳纤维补强桥 梁设计是在原桥桥面板板底粘贴的, 设计粘贴为单层。 桥面板受拉区补强顺板长方向粘贴; 受拉区裂缝 在灌缝后粘贴碳纤维布密封, 以控制裂缝继续扩展。顺 缝中间粘贴碳纤维布, 使碳纤维布与混凝土共同作用, 延长混凝土构件的使用寿命。 ① 混凝土构件表面处治。将混凝土表面疏松、软 质、脆裂、松脱等缺陷的混凝土清除, 达到表面坚实; 将 露筋及锈皮的混凝土清除, 并对钢筋进行防锈处治; 对 混凝土裂缝需进行处治; 即缝宽< 0120 mm 的裂缝用 环氧树脂涂抹封闭; 缝宽> 20 mm 的裂缝用环氧树脂 灌缝。 ② 粘贴碳纤维布基面处治。对混凝土残缺部分用 高于原混凝土强度等级的砂浆或混凝土修补整平, 并 将混凝土表面的风化劣质层、浮浆、油污、泥污、油质脱 模剂等污物清除洁净。混凝土表面均须打磨平整, 或形 成平顺的斜面; 结构直角或锐角处打磨成表面光滑的 圆角, 并将磨过混凝土表面存留的粉末清除干净, 使被 修补表面彻底清洁。 ③ 底涂树脂。在处理完毕的混凝土表面涂抹底涂 TP 环氧树脂, 使底层树脂渗透到混凝土中, 增加粘贴 的结合力。 ④ 构件表面残缺修补。底涂树脂后, 将构件表面 的小孔、内角用TE 型环氧涂膏修补平整。涂膏修补 后, 表面仍存在凹凸糙纹时, 再用砂纸打磨整平。 ⑤ 粘贴碳纤维补强。构件表面残缺补后, 先在混凝 土表面涂刷一层TR 型环氧树脂, 然后将预先裁剪成 片的碳纤维布粘贴于混凝土表面, 碳纤维布粘贴后其 表面再涂刷一层粘结树脂。粘贴工序操作的技术性很 强, 有严格的操作规程和质量标准, 确保粘贴的质量。

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