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碳纤维布加固钢筋混凝土桥梁施工技术
上传时间:2020/10/29     

1.前言

工程材料的进步及新材料的发现是土木工程发展的前提和动力。碳纤维材料的出现及其应用,使土木工程加固与补强技术研究更上一个台阶。碳纤维布是一种新型建材,因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力,尤其是当高度受限制时的首选加固方法,其施工工艺亦较简单。

碳纤维布加固修补结构技术是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家,我国起步很晚,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目,并在全国建筑加固与鉴定第四届学术会议上获奖。现将碳纤维布加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。

2.工法特点

2.1 碳纤维布强度高,效果好。

2.2加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性。

2.3自重轻,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。柔性好,易于裁剪,适用范围广。

2.4施工简便(不需大型施工机构及周转材料),工效高,不需现场固定设施,施工占用场地少易于操作,经济性好。

2.5施工工期短,因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构加固方面已产生较大的效应。

3.适用范围

3.1适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。广泛用于各种类型和形状的混凝土结构,且不改变结构形状以及不影响结构外观。

3.2基层混凝土的强度等级不低于C15。

4.工艺原理

加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。碳纤维布的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作,因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用,它既要确保各碳纤维丝共同工作,同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达到加固的目的。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 梁底粘贴碳纤维布加固设计方案

根据实际情况,梁底采用了粘贴碳纤维布的加固方式。碳纤维布粘贴于梁肋下方,空心板肋板下布设25cm宽的单层碳纤维布和50cm宽的双层碳纤维布,箱梁肋板下布设50cm宽的双层碳纤维布。碳纤维布材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基,单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

空心板粘贴碳纤维布横断面布置形式

箱梁梁底粘贴碳纤维布横断面布置形式

5.2.3 混凝土表面处理

(1)在混凝土表面划线,确定粘贴碳纤维布位置。

(2)在该范围除去粉刷层,清除结构表面剥落、疏松、蜂窝等劣质混凝土,露出混凝土结构层,混凝土表面凸起部分应凿掉,使其尽可能平整,必要时可用修补材料将表面修复平整。

(3)转角粘贴处要进行倒角处理,并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm。

(4)被粘贴混凝土面打磨平整,除去表层浮浆、松散物及油污等杂质,直至露出混凝土新面。

(5)用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面化,要求无灰尘、无油污、并保持清洁干燥。

混凝土表面处理

5.2.4 涂刷底胶

(1)配制底层树脂胶,根据环境温度控制的浓度,底胶浓度不宜大。

(2)将底胶涂抹在混凝土表面,用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹,使底胶能均匀充

分地粘附混凝土表面,并浸入混凝土。

5.2.5 找平处理

(1)配制底层树脂胶,搅拌要充分均匀。

(2)底层树脂胶水干燥后对混凝土表面凹陷部分用找平胶修补、平整。不应有棱角。

(3)转角处应用找平胶修复为光滑的圆弧形,半径不小于20mm。

(4)找平胶水干燥后进行下一步工序。

5.2.6 粘贴碳纤维布

(1)按结构尺寸裁剪碳纤维布,为便于粘贴,裁剪好的碳纤维布应卷在小圆棍或圆筒上,并编号以备使用。在裁剪和卷布过程应保持碳纤维布表面无灰尘、杂物。

(2)配制浸渍胶:根据需粘贴的碳纤维量确定所需浸渍胶的数量,按比例将A、B两组份胶均匀的搅拌。每次搅拌的胶当次使用,超过时间不可使用,每次配胶量不宜超过2公斤。

(3)将配制好的浸渍胶用毛刷均匀地涂抹在结构表面,然后将碳纤维面均匀地敷设在浸渍胶层上。用专用的橡胶滚或橡胶刮刀,沿纤维方向用力滚压或刮平,应注意不要来回滚压、刮平,应沿一个方向滚压、刮平,排除气泡和多余的胶液,使浸渍胶充分渗透碳纤维布并与混凝土表面牢固粘接。滚压、刮平时不得伤碳纤维布。

涂抹底面胶、粘贴碳纤维布

5.2.7 涂刷浸渍胶

在碳纤维布表面再次均匀涂抹浸渍胶,用滚筒或橡胶刮刀滚压、抹平,应使浸渍胶充分渗透碳纤维布。

5.2.8 养护、固化

(1)碳纤维布补强施工后应防止雨淋或受潮,并注意保护施工面不受硬物损伤。

(2)一般情况下在常温下养护、固化,当环境温度保持在20℃以上时,24小时固化,具有一定强度,3~5天可受力,若低于15℃固化时间延长,10~15天方可受力使用。必要时也可采取人工加温,保持温度在15℃~20℃,一般使用红外线灯加热。

碳纤维布二次刮胶

养护固化

5.2.9 粘贴碳纤维布施工注意事项

(1)碳纤维复合材料为导电材料,使用时应尽量远离电气设备及电源。

(2)使用中应避免碳纤维布的弯折。

(3)碳纤维布配套树脂胶的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射。

(4)树脂胶的配制和使用场所,应保持通风良好。

(5)现场施工人员应采取一定的劳动保护措施。

(6)现场施工电器、照明用电必须安全、可靠。

6.材料

6.1材料用量

工程所用材料

本桥加固所用碳纤维材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基(PAN基纤维),不得使用大丝束纤维。

碳纤维复合材料的主要力学性能指标如下:

主要力学指标

碳纤维板材满足高强度I级板要求的板材,宽度100mm,厚度1.2mm,且其纤维体积含量实测值需高于70%。

单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

7.效益分析

7.1 经济效益分析

由于施工快,能缓解工期,节约加固材料,不需要大型机械施工,节省费用,经济效益很高。

7.2 社会效益分析

碳纤维加固无需对结构进行卸载,对于桥梁结构无需中断道路交通运输,且不会影响加固效果。对于高速公路和主要交通干线公路尤其有利,可完全避免中断交通带来的经济损失。同时采用不中断交通的加固方式,也给人们的日常出行避免需绕道通行不

1.前言

工程材料的进步及新材料的发现是土木工程发展的前提和动力。碳纤维材料的出现及其应用,使土木工程加固与补强技术研究更上一个台阶。碳纤维布是一种新型建材,因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力,尤其是当高度受限制时的首选加固方法,其施工工艺亦较简单。

碳纤维布加固修补结构技术是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家,我国起步很晚,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目,并在全国建筑加固与鉴定第四届学术会议上获奖。现将碳纤维布加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。

2.工法特点

2.1 碳纤维布强度高,效果好。

2.2加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性。

2.3自重轻,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。柔性好,易于裁剪,适用范围广。

2.4施工简便(不需大型施工机构及周转材料),工效高,不需现场固定设施,施工占用场地少易于操作,经济性好。

2.5施工工期短,因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构加固方面已产生较大的效应。

3.适用范围

3.1适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。广泛用于各种类型和形状的混凝土结构,且不改变结构形状以及不影响结构外观。

3.2基层混凝土的强度等级不低于C15。

4.工艺原理

加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。碳纤维布的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作,因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用,它既要确保各碳纤维丝共同工作,同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达到加固的目的。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 梁底粘贴碳纤维布加固设计方案

根据实际情况,梁底采用了粘贴碳纤维布的加固方式。碳纤维布粘贴于梁肋下方,空心板肋板下布设25cm宽的单层碳纤维布和50cm宽的双层碳纤维布,箱梁肋板下布设50cm宽的双层碳纤维布。碳纤维布材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基,单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

空心板粘贴碳纤维布横断面布置形式

箱梁梁底粘贴碳纤维布横断面布置形式

5.2.3 混凝土表面处理

(1)在混凝土表面划线,确定粘贴碳纤维布位置。

(2)在该范围除去粉刷层,清除结构表面剥落、疏松、蜂窝等劣质混凝土,露出混凝土结构层,混凝土表面凸起部分应凿掉,使其尽可能平整,必要时可用修补材料将表面修复平整。

(3)转角粘贴处要进行倒角处理,并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm。

(4)被粘贴混凝土面打磨平整,除去表层浮浆、松散物及油污等杂质,直至露出混凝土新面。

(5)用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面化,要求无灰尘、无油污、并保持清洁干燥。

混凝土表面处理

5.2.4 涂刷底胶

(1)配制底层树脂胶,根据环境温度控制的浓度,底胶浓度不宜大。

(2)将底胶涂抹在混凝土表面,用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹,使底胶能均匀充

分地粘附混凝土表面,并浸入混凝土。

5.2.5 找平处理

(1)配制底层树脂胶,搅拌要充分均匀。

(2)底层树脂胶水干燥后对混凝土表面凹陷部分用找平胶修补、平整。不应有棱角。

(3)转角处应用找平胶修复为光滑的圆弧形,半径不小于20mm。

(4)找平胶水干燥后进行下一步工序。

5.2.6 粘贴碳纤维布

(1)按结构尺寸裁剪碳纤维布,为便于粘贴,裁剪好的碳纤维布应卷在小圆棍或圆筒上,并编号以备使用。在裁剪和卷布过程应保持碳纤维布表面无灰尘、杂物。

(2)配制浸渍胶:根据需粘贴的碳纤维量确定所需浸渍胶的数量,按比例将A、B两组份胶均匀的搅拌。每次搅拌的胶当次使用,超过时间不可使用,每次配胶量不宜超过2公斤。

(3)将配制好的浸渍胶用毛刷均匀地涂抹在结构表面,然后将碳纤维面均匀地敷设在浸渍胶层上。用专用的橡胶滚或橡胶刮刀,沿纤维方向用力滚压或刮平,应注意不要来回滚压、刮平,应沿一个方向滚压、刮平,排除气泡和多余的胶液,使浸渍胶充分渗透碳纤维布并与混凝土表面牢固粘接。滚压、刮平时不得伤碳纤维布。

涂抹底面胶、粘贴碳纤维布

5.2.7 涂刷浸渍胶

在碳纤维布表面再次均匀涂抹浸渍胶,用滚筒或橡胶刮刀滚压、抹平,应使浸渍胶充分渗透碳纤维布。

5.2.8 养护、固化

(1)碳纤维布补强施工后应防止雨淋或受潮,并注意保护施工面不受硬物损伤。

(2)一般情况下在常温下养护、固化,当环境温度保持在20℃以上时,24小时固化,具有一定强度,3~5天可受力,若低于15℃固化时间延长,10~15天方可受力使用。必要时也可采取人工加温,保持温度在15℃~20℃,一般使用红外线灯加热。

碳纤维布二次刮胶

养护固化

5.2.9 粘贴碳纤维布施工注意事项

(1)碳纤维复合材料为导电材料,使用时应尽量远离电气设备及电源。

(2)使用中应避免碳纤维布的弯折。

(3)碳纤维布配套树脂胶的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射。

(4)树脂胶的配制和使用场所,应保持通风良好。

(5)现场施工人员应采取一定的劳动保护措施。

(6)现场施工电器、照明用电必须安全、可靠。

6.材料

6.1材料用量

工程所用材料

本桥加固所用碳纤维材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基(PAN基纤维),不得使用大丝束纤维。

碳纤维复合材料的主要力学性能指标如下:

主要力学指标

碳纤维板材满足高强度I级板要求的板材,宽度100mm,厚度1.2mm,且其纤维体积含量实测值需高于70%。

单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

7.效益分析

7.1 经济效益分析

由于施工快,能缓解工期,节约加固材料,不需要大型机械施工,节省费用,经济效益很高。

7.2 社会效益分析

碳纤维加固无需对结构进行卸载,对于桥梁结构无需中断道路交通运输,且不会影响加固效果。对于高速公路和主要交通干线公路尤其有利,可完全避免中断交通带来的经济损失。同时采用不中断交通的加固方式,也给人们的日常出行避免需绕道通行的

1.前言

工程材料的进步及新材料的发现是土木工程发展的前提和动力。碳纤维材料的出现及其应用,使土木工程加固与补强技术研究更上一个台阶。碳纤维布是一种新型建材,因其质轻、耐腐蚀、片材很薄、抗拉强度高而被广泛应用。碳纤维布加固法亦被视为梁式桥加固补强、提高承载能力,尤其是当高度受限制时的首选加固方法,其施工工艺亦较简单。

碳纤维布加固修补结构技术是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(CFRP)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家,我国起步很晚,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目,并在全国建筑加固与鉴定第四届学术会议上获奖。现将碳纤维布加固桥梁混凝土结构施工工艺总结编制成工法。

2.工法特点

2.1 碳纤维布强度高,效果好。

2.2加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性。

2.3自重轻,加固修补后,基本不增加原结构自重及原构件尺寸。柔性好,易于裁剪,适用范围广。

2.4施工简便(不需大型施工机构及周转材料),工效高,不需现场固定设施,施工占用场地少易于操作,经济性好。

2.5施工工期短,因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构加固方面已产生较大的效应。

3.适用范围

3.1适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构。广泛用于各种类型和形状的混凝土结构,且不改变结构形状以及不影响结构外观。

3.2基层混凝土的强度等级不低于C15。

4.工艺原理

加固机理是将碳纤维布采用高性能的环氧类粘结剂粘结于混凝土构件的表面,利用碳纤维材料良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度的目的。碳纤维布的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作,因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用,它既要确保各碳纤维丝共同工作,同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达到加固的目的。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工工艺流程

5.2 操作要点

5.2.1 梁底粘贴碳纤维布加固设计方案

根据实际情况,梁底采用了粘贴碳纤维布的加固方式。碳纤维布粘贴于梁肋下方,空心板肋板下布设25cm宽的单层碳纤维布和50cm宽的双层碳纤维布,箱梁肋板下布设50cm宽的双层碳纤维布。碳纤维布材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基,单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

空心板粘贴碳纤维布横断面布置形式

箱梁梁底粘贴碳纤维布横断面布置形式

5.2.3 混凝土表面处理

(1)在混凝土表面划线,确定粘贴碳纤维布位置。

(2)在该范围除去粉刷层,清除结构表面剥落、疏松、蜂窝等劣质混凝土,露出混凝土结构层,混凝土表面凸起部分应凿掉,使其尽可能平整,必要时可用修补材料将表面修复平整。

(3)转角粘贴处要进行倒角处理,并打磨成圆弧状,圆弧半径不应小于20mm。

(4)被粘贴混凝土面打磨平整,除去表层浮浆、松散物及油污等杂质,直至露出混凝土新面。

(5)用丙酮或工业酒精清洗混凝土表面化,要求无灰尘、无油污、并保持清洁干燥。

混凝土表面处理

5.2.4 涂刷底胶

(1)配制底层树脂胶,根据环境温度控制的浓度,底胶浓度不宜大。

(2)将底胶涂抹在混凝土表面,用笔刷和橡皮刮刀用力反复涂抹,使底胶能均匀充

分地粘附混凝土表面,并浸入混凝土。

5.2.5 找平处理

(1)配制底层树脂胶,搅拌要充分均匀。

(2)底层树脂胶水干燥后对混凝土表面凹陷部分用找平胶修补、平整。不应有棱角。

(3)转角处应用找平胶修复为光滑的圆弧形,半径不小于20mm。

(4)找平胶水干燥后进行下一步工序。

5.2.6 粘贴碳纤维布

(1)按结构尺寸裁剪碳纤维布,为便于粘贴,裁剪好的碳纤维布应卷在小圆棍或圆筒上,并编号以备使用。在裁剪和卷布过程应保持碳纤维布表面无灰尘、杂物。

(2)配制浸渍胶:根据需粘贴的碳纤维量确定所需浸渍胶的数量,按比例将A、B两组份胶均匀的搅拌。每次搅拌的胶当次使用,超过时间不可使用,每次配胶量不宜超过2公斤。

(3)将配制好的浸渍胶用毛刷均匀地涂抹在结构表面,然后将碳纤维面均匀地敷设在浸渍胶层上。用专用的橡胶滚或橡胶刮刀,沿纤维方向用力滚压或刮平,应注意不要来回滚压、刮平,应沿一个方向滚压、刮平,排除气泡和多余的胶液,使浸渍胶充分渗透碳纤维布并与混凝土表面牢固粘接。滚压、刮平时不得伤碳纤维布。

涂抹底面胶、粘贴碳纤维布

5.2.7 涂刷浸渍胶

在碳纤维布表面再次均匀涂抹浸渍胶,用滚筒或橡胶刮刀滚压、抹平,应使浸渍胶充分渗透碳纤维布。

5.2.8 养护、固化

(1)碳纤维布补强施工后应防止雨淋或受潮,并注意保护施工面不受硬物损伤。

(2)一般情况下在常温下养护、固化,当环境温度保持在20℃以上时,24小时固化,具有一定强度,3~5天可受力,若低于15℃固化时间延长,10~15天方可受力使用。必要时也可采取人工加温,保持温度在15℃~20℃,一般使用红外线灯加热。

碳纤维布二次刮胶

养护固化

5.2.9 粘贴碳纤维布施工注意事项

(1)碳纤维复合材料为导电材料,使用时应尽量远离电气设备及电源。

(2)使用中应避免碳纤维布的弯折。

(3)碳纤维布配套树脂胶的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射。

(4)树脂胶的配制和使用场所,应保持通风良好。

(5)现场施工人员应采取一定的劳动保护措施。

(6)现场施工电器、照明用电必须安全、可靠。

6.材料

6.1材料用量

工程所用材料

本桥加固所用碳纤维材料选用不大于12k(1k=1000)的小丝束聚丙烯腈基(PAN基纤维),不得使用大丝束纤维。

碳纤维复合材料的主要力学性能指标如下:

主要力学指标

碳纤维板材满足高强度I级板要求的板材,宽度100mm,厚度1.2mm,且其纤维体积含量实测值需高于70%。

单层碳纤维布材的单位面积纤维质量为300g/m2。

7.效益分析

7.1 经济效益分析

由于施工快,能缓解工期,节约加固材料,不需要大型机械施工,节省费用,经济效益很高。

7.2 社会效益分析

碳纤维加固无需对结构进行卸载,对于桥梁结构无需中断道路交通运输,且不会影响加固效果。对于高速公路和主要交通干线公路尤其有利,可完全避免中断交通带来的经济损失。同时采用不中断交通的加固方式,也给人们的日常出行避免需绕道通行的不便,创造了良好的社会效益。

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