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宜興市恒固碳纖維制品有限公司
主營產(chǎn)品: 特種建材
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海北橋梁裂縫加固
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發(fā)貨地 江蘇省無錫市
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產(chǎn)地 江蘇
材質(zhì) 碳纖維
品牌 恒固
規(guī)格 一級200g300克
功能 加固
商品介紹
在結(jié)構(gòu)加固工程中,可以采用的加固方法有很多,既有傳統(tǒng)的加固方法,也有新型的加固方法,而粘鋼加固和碳纖維加固就是代表性的2種加固方法。粘鋼加固和粘貼碳纖維加固具有相似的加固原理,它們作為加固技術(shù)具有較多的優(yōu)勢,而且適用性都很強(qiáng)。那么碳布和粘鋼板加固可以互換嗎?
碳布與粘鋼加固的相似之處,從適用范圍上,碳布與粘鋼同樣可用于受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件與受拉構(gòu)件,例如在梁底粘貼碳布或者鋼板,均可提高結(jié)構(gòu)承載力,達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的;從原理上來看,碳布與粘鋼都是利用結(jié)構(gòu)膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上,令加固材料與基材形成整體共同受力;從施工流程看,兩種方法都受結(jié)構(gòu)膠影響較大,加固前均需要卸載,未進(jìn)行卸載或卸載不徹底都會產(chǎn)生二次受力,造成加固材料受力滯后。
碳纖維布與鋼板在結(jié)構(gòu)加固中起到的作用,可以等同為增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋率。因此在一定程度上,碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。碳布與粘鋼加固既有相似之處,又有不同之處,它們都有各自的優(yōu)勢。
對于粘貼碳纖維布來說,常用的碳纖維布自重僅有200g/㎡和300g㎡兩種類型,其設(shè)計(jì)厚度也是較為輕薄,一層200g/㎡碳纖維布厚度僅為0.111mm,施工速度約為粘鋼加固的2~3倍。碳纖維加固靈活多樣,不會導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固,經(jīng)濟(jì)效益高。加固過程中不會改變結(jié)構(gòu)外觀,對原結(jié)構(gòu)損傷較小,結(jié)構(gòu)自重增加較小。施工現(xiàn)場濕作業(yè)工作量少,施工便捷堅(jiān)固耐用。
粘鋼板加固由于鋼板的物理力學(xué)性能為各向同性,在進(jìn)行受力的時候能夠均勻受力,但是其施工時需要的夾具和施工器械,施工工序膠碳纖維布加固較為繁瑣復(fù)雜。對于采用粘鋼加固來說,所粘貼鋼板的寬度不宜大于100mm,當(dāng)采用手工涂膠粘貼鋼板,鋼板厚度不應(yīng)大于5mm。采用壓力注膠粘貼鋼板,其厚度不應(yīng)大于10mm,且需要按照外粘型鋼加固法的焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于普通小荷載結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件,經(jīng)計(jì)算其補(bǔ)強(qiáng)所需面積小,粘貼碳纖維布1~2層即可滿足要求時,要先考慮采用粘鋼板加固加固法來進(jìn)行處理。
在加固工程中,可以采用的加固方法有很多,而且適用性都很強(qiáng)。對于加固方法的選擇,要根據(jù)加固工程的實(shí)際情況來決定,任何加固方法都有自己的局限性。所以施工單位需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢,將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,這樣可以更加高效地完成加固工程。
碳纖維布加固修復(fù)混凝土裂縫
1、引言
碳纖維材料用于混凝土裂縫加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國家。目前,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步增長,已竣工的工程和在建工程,特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變,難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求,結(jié)構(gòu)需進(jìn)行維修、加固,目前常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設(shè)計(jì)單位加固設(shè)計(jì)中常用的一項(xiàng),它具有強(qiáng)度高、施工速度快、功效高的特點(diǎn)。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度能達(dá)到3400mpa以上,受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%,單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。
2、碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固法是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料;用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上,形成一個新的復(fù)合體,使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力,提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性,達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和改善結(jié)構(gòu)受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優(yōu)勢:具有節(jié)省空間,施工簡便,不需要現(xiàn)場固定設(shè)施,施工質(zhì)量易保證,基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重,耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外,采用該工法,可大大提高建筑物的使用壽命,降低加固成本。因此,悍馬碳素纖維作為新型的補(bǔ)強(qiáng)材料,而備受青睞和關(guān)注。
(1)抗拉強(qiáng)度高,是同等截面鋼材的7-10倍,能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的承載力,改善結(jié)構(gòu)的受力性,達(dá)到加固目的。
(2)自身重量輕薄,密度只有普通鋼材的1/4,經(jīng)加固后的原構(gòu)件基本不會增大自身重量和尺寸。
(3)耐腐濁、耐久性好,可阻抗化學(xué)腐濁和惡劣環(huán)境、氣候變化。經(jīng)研究實(shí)踐表明在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護(hù)層或其他保護(hù)材料的碳纖維布壽命在50年左右。
(4)施工方便簡便、施工速度快、基本不占用場地、省時省力施工質(zhì)量易保證。
(5)適用范圍廣,混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可以加固。特別是對其他加固方法無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的結(jié)構(gòu)碳纖維加固法都可以進(jìn)行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等??纱蠓忍岣邩?gòu)件的承載力、抗震性能和耐久性能。
3、碳纖維布加固工程實(shí)例
3.1概述
廣場6#樓位于該縣老汽車站。一至七層為購物中心,建筑面積43760㎡,集購物、休閑、娛樂為一體。在工程施工至4層結(jié)構(gòu)時由于業(yè)主招商引入某影業(yè)有限公司在a區(qū)6、7層增設(shè)電影院。由于影院功能需求影廳高度要達(dá)到9米以上,因此影廳內(nèi)7層樓面取消,經(jīng)設(shè)計(jì)院對a區(qū)重新設(shè)計(jì)驗(yàn)算對4層以下及地下室柱、進(jìn)行加固處理。
3.2加固方案
設(shè)計(jì)院提出2套加固方案
1、外包鋼加固法:梁部位加固在梁底粘貼6mm厚鋼板,柱加固在柱四角包8mm×l80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優(yōu)點(diǎn):加固材料可控性好,定期保養(yǎng)、油漆是鋼板長期不銹。缺點(diǎn)施工難度大,周期長,增加構(gòu)件自重,鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)不易粘結(jié)。
2、碳纖維布加固法:選用碳纖維布的抗拉強(qiáng)度達(dá)到3400mpa以上,受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%,單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。優(yōu)點(diǎn):施工容易,重量輕、體積小,速度快,碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)易結(jié)合,壽命能達(dá)到30~50年。
考慮到時間就是效益,選用碳纖維布加固法進(jìn)行加固處理,使工程能提前完工,商場提前開業(yè)為業(yè)主提前創(chuàng)造效益。
3.3施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→找平材料配置→構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養(yǎng)護(hù)。
3.4施工工藝要點(diǎn)
3.4.1、表面處理
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,對于較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。
2)、裂縫部位,如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。
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)。
4)、用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強(qiáng)度聚合物砂漿修補(bǔ)表面凹陷底部分。
3.4.2、構(gòu)件表面殘缺系修補(bǔ)
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。
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)、整平膠料須固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時),方可再進(jìn)行下一道工序。
3.4.3、涂底膠
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)場實(shí)際氣溫決定用量,并嚴(yán)格控制使用時間,在規(guī)定時間內(nèi)用完。
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0.4mm,并不得漏刷或有流淌、氣泡,等膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時),再進(jìn)行下一道工序。
3.4.4、碳纖維布粘貼
1)、粘貼碳纖維布的氣溫應(yīng)在10℃以上,按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,除非特殊要求,碳纖維布長度應(yīng)在3m以內(nèi)。
2)、按悍馬廠家提供的施工工藝規(guī)定配置浸漬膠,比重稱量正確裝入容器充分?jǐn)嚢杈鶆?,一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)用完。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。
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膠料。當(dāng)需要搭接粘貼時,搭接長度應(yīng)大于10cm。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)、在外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
3.4.5、養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后,自然養(yǎng)護(hù)1-2小時達(dá)到初期固化,應(yīng)保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)值自然養(yǎng)護(hù)應(yīng)在14天左右。
4、加固效果
碳纖維布粘貼完成達(dá)到齡期后,請專業(yè)檢測部門對其與混凝土結(jié)合強(qiáng)度做了破壞性拉拔試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果拉拔強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)要求,碳纖維布牢固的與混凝土粘結(jié)在一起,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
5、結(jié)論
碳纖維布具有輕、薄、高強(qiáng)度、抗腐濁、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。很好的與混凝土結(jié)構(gòu)形成一個共同體,使混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到一定的目的。
碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費(fèi)用差不多,但悍馬碳纖維布加固施工方法簡單、速度快捷、功效高、施工場地占用少、工期短,在工期上具有明顯的優(yōu)勢。
碳纖維布加固法效果好,強(qiáng)度高、適用范圍廣、施工質(zhì)量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環(huán)境條件的影響,采用悍馬碳纖維布加固后基本不增加結(jié)構(gòu)自身的尺寸和重量,能適應(yīng)各種其它加固無法施工的結(jié)構(gòu),碳纖維加固在越來越多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
怎樣進(jìn)行多層碳纖維布加固?
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時,應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時間超過1小時,則應(yīng)等待12小時后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時在粘貼前需要注意將灰塵等對粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴(yán)格的要求,在構(gòu)造措施中同樣也要格外的注意。首先,碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用,混凝土梁受彎產(chǎn)生變形,梁和纖維布要求變形協(xié)調(diào),因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會產(chǎn)生拉應(yīng)力,容易發(fā)生端部的剝離破壞,尤其是對于多層碳布來說。而端部采用U型箍,會對碳布起到約束作用,減少了剝離的可能性。
另外,為了保證雙層碳布端部的錨固能力,對碳纖維布進(jìn)行分層截?cái)嗍歉雍侠淼募庸谭椒?。在雙層碳布的加固中,有兩種分層截?cái)嗟拇胧┛蛇x,分別是外短內(nèi)長與內(nèi)短外長,二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷:
傳力路徑
外短內(nèi)長型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)中,傳力路徑較長,整體性稍差。
可靠程度
外短內(nèi)長的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼,錨固失效概率比較高,錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨(dú)的對于b端錨固效果來說,內(nèi)短外長的構(gòu)造形式將b端頭包裹在其中,對b端頭起到了約束的作用,也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見,兩種構(gòu)造中內(nèi)短外長加U型箍的錨固、加固效果要明顯優(yōu)異于外短內(nèi)長型。因此,在規(guī)范GB 50367-2013中,也明確的推薦內(nèi)短外長型的構(gòu)造措施。
還有一點(diǎn),在雙層碳纖維布中也起到了至關(guān)重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間,都是靠膠體進(jìn)行粘接傳力,相對于單層碳纖維布,雙層碳纖維布由于承受更高的拉應(yīng)力,因此需要更高性能的膠體,來保證整體共同受力。卡本浸漬膠,通過安全性鑒定,無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。
在工程應(yīng)用研究方面,重點(diǎn)研究碳纖維片材(碳纖維布/碳纖維板之總稱)。在90年代由國家課題支持開展碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)(包括橋梁、隧道、水利設(shè)施和房建結(jié)構(gòu)),取得了應(yīng)用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會頒布了《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS146:2003),作為指導(dǎo)性文件提供了設(shè)計(jì)施工和質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一,其十幾年來的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足,諸如:因采用的加固材料(如鋼板/纖維布)溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,不能形成同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久性;采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人;以及采取增大截面法,結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價等問題,碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù),主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性,既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力,也可充分利用新材料環(huán)境特征,達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料,主要成分為由碳纖維,通過特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間,含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3種,由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種;按用途可分為宇航級小絲束碳纖維和工業(yè)級大絲束碳纖維,其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K(1 K為1 000根長絲單位重量),大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn),具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性,阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長。由此可見,碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對比如下表:
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度(g/cm3)
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)度(MPa)
≥1800
≥500
彈性模量(GPa)
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出,碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋,同樣體積的材料,重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢很大;碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋,其熱膨脹系數(shù)較低,就說明在相同的溫度下,膨脹的程度會低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能:(1)質(zhì)量輕(相當(dāng)于鋼密度的1/5);(2)強(qiáng)度高(抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍);(3)密度小(1.5g/cm3);(4)彈性模量高(彈性回復(fù)100%);(5)熱膨脹系數(shù)小,耐高溫和低溫性好;(6)耐酸性好,對酸呈惰性,耐濃酸侵蝕;(7)與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成,其粘結(jié)強(qiáng)度高,熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn):(1 )黏附性好,與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好,使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力;(2)穩(wěn)定性好,能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴(kuò)散;(3)和易性好,利用快捷、速凝的功能特點(diǎn),修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面,達(dá)到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施,具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前,我國各級公路上營運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對大中小類型的橋梁平均使用壽命測算,橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座,合計(jì)約60余萬延米。以二級路為例,每年國家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億幣,這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi),部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久,是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù),各級橋梁管理部門都十分重視其處理效果,近年來積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù),但這并不是一件容易的事情,目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果,主要方法如:“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外(內(nèi))預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等,這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散,現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料(如鋼板/纖維布)其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化,形成不同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久;另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材,因鋼材有防銹處理的要求,這樣就增大了后期的維護(hù)投人,在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù),造成自重增加,影響使用效果;此外,在增大截面法中,因材料強(qiáng)度因素,需要增厚自重增加,影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?,F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求,但施工后的結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”,影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價。
由此可見,研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便,且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料,達(dá)到理想的加固改造,且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì),并對混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ),待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復(fù)合筋,利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋,碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面,壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料;安裝完后,噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿,砂漿厚度不小于20MM,施工溫度應(yīng)在10℃-35℃,后對表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).
碳布與粘鋼加固的相似之處,從適用范圍上,碳布與粘鋼同樣可用于受彎構(gòu)件、大偏心受壓構(gòu)件與受拉構(gòu)件,例如在梁底粘貼碳布或者鋼板,均可提高結(jié)構(gòu)承載力,達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的;從原理上來看,碳布與粘鋼都是利用結(jié)構(gòu)膠將碳布或鋼板粘貼至混凝土基材上,令加固材料與基材形成整體共同受力;從施工流程看,兩種方法都受結(jié)構(gòu)膠影響較大,加固前均需要卸載,未進(jìn)行卸載或卸載不徹底都會產(chǎn)生二次受力,造成加固材料受力滯后。
碳纖維布與鋼板在結(jié)構(gòu)加固中起到的作用,可以等同為增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的配筋率。因此在一定程度上,碳纖維布加固與粘鋼加固可以相互替換。碳布與粘鋼加固既有相似之處,又有不同之處,它們都有各自的優(yōu)勢。
對于粘貼碳纖維布來說,常用的碳纖維布自重僅有200g/㎡和300g㎡兩種類型,其設(shè)計(jì)厚度也是較為輕薄,一層200g/㎡碳纖維布厚度僅為0.111mm,施工速度約為粘鋼加固的2~3倍。碳纖維加固靈活多樣,不會導(dǎo)致建筑物內(nèi)其他構(gòu)件的連鎖加固,經(jīng)濟(jì)效益高。加固過程中不會改變結(jié)構(gòu)外觀,對原結(jié)構(gòu)損傷較小,結(jié)構(gòu)自重增加較小。施工現(xiàn)場濕作業(yè)工作量少,施工便捷堅(jiān)固耐用。
粘鋼板加固由于鋼板的物理力學(xué)性能為各向同性,在進(jìn)行受力的時候能夠均勻受力,但是其施工時需要的夾具和施工器械,施工工序膠碳纖維布加固較為繁瑣復(fù)雜。對于采用粘鋼加固來說,所粘貼鋼板的寬度不宜大于100mm,當(dāng)采用手工涂膠粘貼鋼板,鋼板厚度不應(yīng)大于5mm。采用壓力注膠粘貼鋼板,其厚度不應(yīng)大于10mm,且需要按照外粘型鋼加固法的焊接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。對于普通小荷載結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件,經(jīng)計(jì)算其補(bǔ)強(qiáng)所需面積小,粘貼碳纖維布1~2層即可滿足要求時,要先考慮采用粘鋼板加固加固法來進(jìn)行處理。
在加固工程中,可以采用的加固方法有很多,而且適用性都很強(qiáng)。對于加固方法的選擇,要根據(jù)加固工程的實(shí)際情況來決定,任何加固方法都有自己的局限性。所以施工單位需要掌握每種加固工法的優(yōu)勢,將每種加固工法的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來,這樣可以更加高效地完成加固工程。
碳纖維布加固修復(fù)混凝土裂縫
1、引言
碳纖維材料用于混凝土裂縫加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國家。目前,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步增長,已竣工的工程和在建工程,特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變,難以滿足當(dāng)前規(guī)范使用的需求,結(jié)構(gòu)需進(jìn)行維修、加固,目前常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設(shè)計(jì)單位加固設(shè)計(jì)中常用的一項(xiàng),它具有強(qiáng)度高、施工速度快、功效高的特點(diǎn)。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度能達(dá)到3400mpa以上,受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%,單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。
2、碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固法是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料;用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上,形成一個新的復(fù)合體,使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力,提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性,達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和改善結(jié)構(gòu)受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優(yōu)勢:具有節(jié)省空間,施工簡便,不需要現(xiàn)場固定設(shè)施,施工質(zhì)量易保證,基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重,耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外,采用該工法,可大大提高建筑物的使用壽命,降低加固成本。因此,悍馬碳素纖維作為新型的補(bǔ)強(qiáng)材料,而備受青睞和關(guān)注。
(1)抗拉強(qiáng)度高,是同等截面鋼材的7-10倍,能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的承載力,改善結(jié)構(gòu)的受力性,達(dá)到加固目的。
(2)自身重量輕薄,密度只有普通鋼材的1/4,經(jīng)加固后的原構(gòu)件基本不會增大自身重量和尺寸。
(3)耐腐濁、耐久性好,可阻抗化學(xué)腐濁和惡劣環(huán)境、氣候變化。經(jīng)研究實(shí)踐表明在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護(hù)層或其他保護(hù)材料的碳纖維布壽命在50年左右。
(4)施工方便簡便、施工速度快、基本不占用場地、省時省力施工質(zhì)量易保證。
(5)適用范圍廣,混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可以加固。特別是對其他加固方法無法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的結(jié)構(gòu)碳纖維加固法都可以進(jìn)行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等??纱蠓忍岣邩?gòu)件的承載力、抗震性能和耐久性能。
3、碳纖維布加固工程實(shí)例
3.1概述
廣場6#樓位于該縣老汽車站。一至七層為購物中心,建筑面積43760㎡,集購物、休閑、娛樂為一體。在工程施工至4層結(jié)構(gòu)時由于業(yè)主招商引入某影業(yè)有限公司在a區(qū)6、7層增設(shè)電影院。由于影院功能需求影廳高度要達(dá)到9米以上,因此影廳內(nèi)7層樓面取消,經(jīng)設(shè)計(jì)院對a區(qū)重新設(shè)計(jì)驗(yàn)算對4層以下及地下室柱、進(jìn)行加固處理。
3.2加固方案
設(shè)計(jì)院提出2套加固方案
1、外包鋼加固法:梁部位加固在梁底粘貼6mm厚鋼板,柱加固在柱四角包8mm×l80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優(yōu)點(diǎn):加固材料可控性好,定期保養(yǎng)、油漆是鋼板長期不銹。缺點(diǎn)施工難度大,周期長,增加構(gòu)件自重,鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)不易粘結(jié)。
2、碳纖維布加固法:選用碳纖維布的抗拉強(qiáng)度達(dá)到3400mpa以上,受力彈性模量在240000mpa以上,延伸率能達(dá)到2%,單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。優(yōu)點(diǎn):施工容易,重量輕、體積小,速度快,碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)易結(jié)合,壽命能達(dá)到30~50年。
考慮到時間就是效益,選用碳纖維布加固法進(jìn)行加固處理,使工程能提前完工,商場提前開業(yè)為業(yè)主提前創(chuàng)造效益。
3.3施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→找平材料配置→構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養(yǎng)護(hù)。
3.4施工工藝要點(diǎn)
3.4.1、表面處理
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,對于較大面積的劣質(zhì)層,在剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。
2)、裂縫部位,如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。
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)。
4)、用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強(qiáng)度聚合物砂漿修補(bǔ)表面凹陷底部分。
3.4.2、構(gòu)件表面殘缺系修補(bǔ)
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。
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)、整平膠料須固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時),方可再進(jìn)行下一道工序。
3.4.3、涂底膠
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)場實(shí)際氣溫決定用量,并嚴(yán)格控制使用時間,在規(guī)定時間內(nèi)用完。
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0.4mm,并不得漏刷或有流淌、氣泡,等膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定,以手指觸感干燥為宜,一般不小于2小時),再進(jìn)行下一道工序。
3.4.4、碳纖維布粘貼
1)、粘貼碳纖維布的氣溫應(yīng)在10℃以上,按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,除非特殊要求,碳纖維布長度應(yīng)在3m以內(nèi)。
2)、按悍馬廠家提供的施工工藝規(guī)定配置浸漬膠,比重稱量正確裝入容器充分?jǐn)嚢杈鶆?,一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)用完。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。
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膠料。當(dāng)需要搭接粘貼時,搭接長度應(yīng)大于10cm。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)、在外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
3.4.5、養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后,自然養(yǎng)護(hù)1-2小時達(dá)到初期固化,應(yīng)保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)值自然養(yǎng)護(hù)應(yīng)在14天左右。
4、加固效果
碳纖維布粘貼完成達(dá)到齡期后,請專業(yè)檢測部門對其與混凝土結(jié)合強(qiáng)度做了破壞性拉拔試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果拉拔強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)要求,碳纖維布牢固的與混凝土粘結(jié)在一起,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
5、結(jié)論
碳纖維布具有輕、薄、高強(qiáng)度、抗腐濁、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。很好的與混凝土結(jié)構(gòu)形成一個共同體,使混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到一定的目的。
碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費(fèi)用差不多,但悍馬碳纖維布加固施工方法簡單、速度快捷、功效高、施工場地占用少、工期短,在工期上具有明顯的優(yōu)勢。
碳纖維布加固法效果好,強(qiáng)度高、適用范圍廣、施工質(zhì)量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環(huán)境條件的影響,采用悍馬碳纖維布加固后基本不增加結(jié)構(gòu)自身的尺寸和重量,能適應(yīng)各種其它加固無法施工的結(jié)構(gòu),碳纖維加固在越來越多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
怎樣進(jìn)行多層碳纖維布加固?
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時,應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時間超過1小時,則應(yīng)等待12小時后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時在粘貼前需要注意將灰塵等對粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴(yán)格的要求,在構(gòu)造措施中同樣也要格外的注意。首先,碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用,混凝土梁受彎產(chǎn)生變形,梁和纖維布要求變形協(xié)調(diào),因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會產(chǎn)生拉應(yīng)力,容易發(fā)生端部的剝離破壞,尤其是對于多層碳布來說。而端部采用U型箍,會對碳布起到約束作用,減少了剝離的可能性。
另外,為了保證雙層碳布端部的錨固能力,對碳纖維布進(jìn)行分層截?cái)嗍歉雍侠淼募庸谭椒?。在雙層碳布的加固中,有兩種分層截?cái)嗟拇胧┛蛇x,分別是外短內(nèi)長與內(nèi)短外長,二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷:
傳力路徑
外短內(nèi)長型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)中,傳力路徑較長,整體性稍差。
可靠程度
外短內(nèi)長的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼,錨固失效概率比較高,錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨(dú)的對于b端錨固效果來說,內(nèi)短外長的構(gòu)造形式將b端頭包裹在其中,對b端頭起到了約束的作用,也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見,兩種構(gòu)造中內(nèi)短外長加U型箍的錨固、加固效果要明顯優(yōu)異于外短內(nèi)長型。因此,在規(guī)范GB 50367-2013中,也明確的推薦內(nèi)短外長型的構(gòu)造措施。
還有一點(diǎn),在雙層碳纖維布中也起到了至關(guān)重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間,都是靠膠體進(jìn)行粘接傳力,相對于單層碳纖維布,雙層碳纖維布由于承受更高的拉應(yīng)力,因此需要更高性能的膠體,來保證整體共同受力。卡本浸漬膠,通過安全性鑒定,無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。
在工程應(yīng)用研究方面,重點(diǎn)研究碳纖維片材(碳纖維布/碳纖維板之總稱)。在90年代由國家課題支持開展碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)(包括橋梁、隧道、水利設(shè)施和房建結(jié)構(gòu)),取得了應(yīng)用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會頒布了《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS146:2003),作為指導(dǎo)性文件提供了設(shè)計(jì)施工和質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一,其十幾年來的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足,諸如:因采用的加固材料(如鋼板/纖維布)溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,不能形成同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久性;采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人;以及采取增大截面法,結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價等問題,碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù),主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性,既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力,也可充分利用新材料環(huán)境特征,達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料,主要成分為由碳纖維,通過特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間,含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3種,由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種;按用途可分為宇航級小絲束碳纖維和工業(yè)級大絲束碳纖維,其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K(1 K為1 000根長絲單位重量),大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn),具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性,阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長。由此可見,碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對比如下表:
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度(g/cm3)
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)度(MPa)
≥1800
≥500
彈性模量(GPa)
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出,碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋,同樣體積的材料,重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢很大;碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋,其熱膨脹系數(shù)較低,就說明在相同的溫度下,膨脹的程度會低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能:(1)質(zhì)量輕(相當(dāng)于鋼密度的1/5);(2)強(qiáng)度高(抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍);(3)密度小(1.5g/cm3);(4)彈性模量高(彈性回復(fù)100%);(5)熱膨脹系數(shù)小,耐高溫和低溫性好;(6)耐酸性好,對酸呈惰性,耐濃酸侵蝕;(7)與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成,其粘結(jié)強(qiáng)度高,熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn):(1 )黏附性好,與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好,使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力;(2)穩(wěn)定性好,能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴(kuò)散;(3)和易性好,利用快捷、速凝的功能特點(diǎn),修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面,達(dá)到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施,具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前,我國各級公路上營運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對大中小類型的橋梁平均使用壽命測算,橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座,合計(jì)約60余萬延米。以二級路為例,每年國家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億幣,這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi),部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久,是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù),各級橋梁管理部門都十分重視其處理效果,近年來積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù),但這并不是一件容易的事情,目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果,主要方法如:“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外(內(nèi))預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等,這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散,現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料(如鋼板/纖維布)其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化,形成不同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久;另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材,因鋼材有防銹處理的要求,這樣就增大了后期的維護(hù)投人,在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù),造成自重增加,影響使用效果;此外,在增大截面法中,因材料強(qiáng)度因素,需要增厚自重增加,影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?,F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求,但施工后的結(jié)構(gòu)面會留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”,影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評價。
由此可見,研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便,且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料,達(dá)到理想的加固改造,且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì),并對混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ),待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復(fù)合筋,利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋,碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面,壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料;安裝完后,噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿,砂漿厚度不小于20MM,施工溫度應(yīng)在10℃-35℃,后對表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).
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