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        預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼施工技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用

        2009-08-04 09:21:08
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2009年8期
        關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力

        王 健

        摘要:為適應(yīng)我國公路橋梁養(yǎng)護(hù)與加固改造要求,我國各省公路管養(yǎng)部門開展了橋梁加固技術(shù)的試驗研究和工程實踐嘗試,積累了豐富的實踐經(jīng)驗。本文介紹了橋梁加固的概念以及常用方法,并重點研究了預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼施工技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用。

        關(guān)鍵詞:公路橋梁養(yǎng)護(hù);加固改造;預(yù)應(yīng)力;碳纖維粘貼施工

        1 公路橋梁加固概述

        1.1 公路橋梁加固的概念

        橋梁加固是指對有缺陷的橋梁構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或加寬,改善結(jié)構(gòu)性能,恢復(fù)和提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全度,提高其承載能力、通行能力,以延長橋梁的使用壽命,使整個橋梁結(jié)構(gòu)可滿足規(guī)定的承載力要求,并滿足規(guī)定的使用功能需求,滿足并能適應(yīng)不斷發(fā)展的交通運輸要求。橋梁加固包含兩個方面的意思:一個是對己受損橋梁的加固,使其恢復(fù)原有結(jié)構(gòu)的抗力或超過原有結(jié)構(gòu)的抗力;另一個是對完好橋梁的加固,使其提高結(jié)構(gòu)抗力或者改善結(jié)構(gòu)功能,以滿足新的使用要求。

        1.2 公路橋梁常用加固方法

        橋梁加固的方法大致分以下幾種類型:

        加固補(bǔ)強(qiáng)薄弱構(gòu)件。對于有嚴(yán)重缺陷或因通行重型車輛而不能滿足承載力要求的薄弱構(gòu)件,可以采用新的材料(鋼筋、鋼板、混凝土、復(fù)合材料等),增大構(gòu)件截面尺寸、增設(shè)外部預(yù)應(yīng)力鋼筋或用化學(xué)粘貼劑粘貼補(bǔ)強(qiáng)材料等補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng),這種方法實際上是通過增加構(gòu)件的剛度或增加受力材料數(shù)量來提高原構(gòu)件的承載能力。

        增設(shè)輔助構(gòu)件。在原結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加新的受力構(gòu)件,如在多梁式梁橋中為增強(qiáng)橫向聯(lián)系而增設(shè)的端橫梁、中橫梁:又如樁基承載力不足時增設(shè)扁擔(dān)樁、增設(shè)擴(kuò)大承臺等。

        改變結(jié)構(gòu)體系。不同的結(jié)構(gòu)體系其受力性能不同,通過結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換來改變原有結(jié)構(gòu)的受力狀況,人為地改善原結(jié)構(gòu)受力整體性能,以達(dá)到改善和提高橋梁承受荷載能力的目的。例如將有推力體系的拱橋改變成無推力體系的拱橋以改善拱圈、拱腳及拱頂截面的受力狀態(tài);又如將原有的多孔簡支梁橋通過一定的構(gòu)造措施改變?yōu)檫B續(xù)梁橋,利用連續(xù)體系來改善原有簡支梁跨中部分的受彎等。結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)變一般都能起到較好的加固補(bǔ)強(qiáng)的效果,但隨著體系的改變所形成的新體系中某些構(gòu)件或截面的受力需按新體系進(jìn)行認(rèn)真的檢算,并采取相應(yīng)的措施。

        更換構(gòu)件。橋梁局部構(gòu)件有嚴(yán)重缺陷而不易修復(fù)時,也可采用新的構(gòu)件替換原有結(jié)構(gòu)。如斜拉橋的拉索銹蝕損壞時,可用新的拉索來替換:當(dāng)橋梁支座失去功效而不能滿足主梁變形受力的要求時,可將主梁頂起更換支座;又如少筋微彎板梁橋的微彎板,破損后不易修復(fù),也可考慮更換;再如雙曲拱橋的拱波、剛架拱橋的橋面板等。

        2 預(yù)應(yīng)力碳纖維粘貼加固技術(shù)施工工藝

        粘貼碳纖維加固技術(shù)施工工藝流程主要為:構(gòu)件表面處理——涂刷底層涂料——粘貼面修補(bǔ)整平——養(yǎng)護(hù)——表面涂裝。

        2.1 構(gòu)件表面處理

        將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈,達(dá)到結(jié)構(gòu)密實部位,使其表面平整;檢查外露鋼筋是否銹蝕。如有銹蝕,需進(jìn)行必要處理;對經(jīng)剔鑿、清除和露筋的構(gòu)件殘缺部分,用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原,達(dá)到表面平整;裂縫處理。寬度小于0.20mm的裂縫,用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂抹封閉:大于0.20mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫;將構(gòu)件表面凸出部分打磨平整,修復(fù)后的段差要盡量平順。

        2.2 涂刷底層涂料

        把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi),用攪拌器拌合均勻;一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時間內(nèi)用完;在底層涂料中嚴(yán)禁添加溶劑。含有溶劑的毛刷或用溶劑濕了的滾筒不得使用;用滾筒刷均勻地將底層涂料涂刷于混凝土表面,指觸干燥后才能進(jìn)行下一道工序的施工;底層涂料指觸干燥或固化后,表面上的凸起部分要用砂布或角磨機(jī)磨平。

        2.3 粘貼面修補(bǔ)整平

        構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩子填平,并修復(fù)至表面平整、順滑;內(nèi)角要用環(huán)氧膩子填補(bǔ),使之平順。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧膩子時,要在相對濕度RH85%以下施工。膩子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙紋,應(yīng)再用砂紙打磨平整。

        2.4 養(yǎng)護(hù)

        粘貼碳纖維片后,需自然養(yǎng)護(hù)24小時達(dá)到固化,且應(yīng)保證固化期間不受干擾;在每道工序以后樹脂硬化之前,宜用塑料薄膜遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲;在樹脂硬化期間保證養(yǎng)護(hù)溫度不低于環(huán)氧樹脂的允許使用溫度。當(dāng)存在氣溫降低到5℃以下的可能時,可采用低溫固化樹脂,或采取有效的加溫措施。

        2.5 表面涂裝

        若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要防火時,可在樹脂固化后按業(yè)主要求涂刷耐火涂層。

        對加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件有外觀要求時,可在補(bǔ)強(qiáng)后的碳纖維表面涂刷基于環(huán)氧基底的涂料或噴砂抹灰后涂刷常規(guī)涂料。涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進(jìn)行,并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。對新材料新工藝的涂裝,事前要做好充分研究,必要時應(yīng)進(jìn)行試驗,確認(rèn)以后方可正式使用。

        3 碳纖維加固技術(shù)的施工要點

        碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)性能是否能夠達(dá)到要求的關(guān)鍵是碳纖維材料與混凝土基材的粘結(jié)性能能否保證。首先,碳纖維加固施工中基層的處理質(zhì)量至關(guān)重要,基層處理需要特別細(xì)致地進(jìn)行,確?;鶎淤|(zhì)量?;鶎邮欠袂鍧?,表面有無浮渣,表層是否平整,都將直接影響粘結(jié)質(zhì)量。在對構(gòu)件表面進(jìn)行打磨之前,需要消除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,露出混凝土結(jié)構(gòu)層,并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。有裂縫的,需對裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理;被粘貼的混凝土表面應(yīng)打磨平整,除去皮層浮漿、油污等雜質(zhì),直至完全露出新面。在轉(zhuǎn)角粘貼處還要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀。此后,還要進(jìn)行找平處理。混凝土表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整,且不應(yīng)有棱角,轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。

        其次,粘貼碳纖維時,滾壓的密實度對枯結(jié)性能也有較大影啊。粘貼操作應(yīng)按如下步驟進(jìn)行:裁剪碳纖維布——配制浸漬樹脂并均勻涂抹于所要粘貼的部位——用特制的滾筒沿纖維方向滾壓——多層粘貼重復(fù)上述步驟——最后一層碳纖維布表面均勻涂抹浸漬樹脂。在該過程中,應(yīng)反復(fù)多次滾壓,盡量排除氣泡,以免影響粘結(jié)質(zhì)量。

        第三,環(huán)境的溫度和濕度對粘結(jié)質(zhì)量也有影響。溫度過低(小于50C)或過高(大于600C).濕度過大(大于85%)也會影響粘結(jié)質(zhì)量。當(dāng)環(huán)境溫度大于60℃時,應(yīng)采取隔熱措施加以防護(hù);當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時,應(yīng)停止施工,否則樹脂的固化及最終強(qiáng)度都會受到影響。

        4 碳纖維加固技術(shù)的施工注意事項

        氣溫在5℃以下、相對濕度RH>85%,混凝土表面含水率在8%以上、有結(jié)露的可能時,無有效措施不得施工;由于碳纖維片為電的良導(dǎo)體,剪裁及使用碳纖維片材時應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電源尤其是高壓電線及輸電線路;施工用各種樹脂遠(yuǎn)離明火,并避免陽光直射;施工及檢查人員應(yīng)穿防護(hù)工作服,配戴口罩、手套、防護(hù)眼鏡等防護(hù)用品;施工現(xiàn)場通風(fēng)狀況良好;當(dāng)樹脂粘附在皮膚上時,應(yīng)立即用肥皂水沖洗,濺入眼內(nèi)用清水清洗或及時就醫(yī)。

        小結(jié)

        目前我國的橋梁維修加固任務(wù)并不是很繁重,一旦橋梁養(yǎng)護(hù)加固的高峰到來時,以目前的維修加固技術(shù)和技術(shù)工程力量將是難以應(yīng)付的。而且我國新建橋梁技術(shù)發(fā)展較快,但橋梁養(yǎng)護(hù)維修加固技術(shù)的發(fā)展相對滯后。因此,進(jìn)一步加強(qiáng)對橋梁的養(yǎng)護(hù)維修、加固及技術(shù)改造的研究及其工程應(yīng)用有其重要意義。

        隨著橋梁加固技術(shù)的不斷進(jìn)步,碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在理論設(shè)計和施工等方面也得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展;碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)也成為目前研究的熱點。廣大學(xué)者和橋梁工作者進(jìn)行了大量的研究,取得不少成果。但在碳纖維粘貼補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的施工工藝方面仍然存在不少需要解決的問題需要解決。

        參考文獻(xiàn)

        [1]邵容光,碳纖維技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用,東南大學(xué),2001.

        [2]彭暉,預(yù)應(yīng)力碳纖維布加固混凝土受彎構(gòu)件的試驗研究,湖南大學(xué),2002.

        [3]陳曉明,碳纖維復(fù)合材料在橋梁加固工程中的運用,南昌水專學(xué)報,2003.

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