碳纤维材料加固桥梁混凝土施工技术.pdf

2 0 1 3 年 第 8 期 (总 第 2 8 6 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 3 ( T o t a l N o ．2 8 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TECHNOL OGY d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 4 3 碳纤维材料加固桥梁混凝土施工技术 沙权贤 ( 中铁十三局集团 第一工程有限公司 ，辽宁 大连 1 1 6 0 3 3 ) 摘要： 碳纤维材料具有优异的物理性能 、 耐久性和耐腐蚀性 。 采用外部粘贴碳纤维片材的方法加固桥梁混凝土结构 ， 技术可 靠 ， 操作简便 ， 施工 工期短 ， 加固效果好 。 结合某公路桥梁混凝土加固的施工实践 ， 对碳纤维片材加 固设计原理 、 操作工艺要点以 及质量检验验收等进行介绍。 关键词： 碳纤维片材 ；加固设计 ；工艺方法 ；质量验收 中图分类号： T U5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 8 — 0 1 5 4 — 0 4 Co n s t r u c t i on t e c h n i q u e o f r e i n f o r c i n g t h e b r i d g e w it h c a r b o n f i b e r s h e e t s S H A Q u a n x i a n ( 1 s t E n g i n e e r i n gCo ． ， L t d ． 。 Ch i n aRa i l wa y 1 3 t hB u r e a uGr o u p ， Da l i a n 1 1 6 0 3 3， C h i n a ) Abs t r a ct ： Ca r bo n fib e r h a s t h e a d v a n t a g e s o fo u t s t a n di n g p h y s i c a l p r o p e rti e s ， hi g h d u r a b i l i t y a n d g o o d e r o s i o n r e s i s t a nc e ． I t ’ S t e c h n i c a l l y r e l i a b l e a n d p r o fic i e n t t o e f f e c t i v e l y r e i n f o r c e t h e b r i dg e wi th c a r b o n fib e r s h e e t s p a s t e d t o the o u t s i d e of the c o n c r e t e s t r u c t u r e s i n a s h o r t — t e r m c o n s t r u c t i o n pe r i o d． Ba s e d on t he c o ns t r u ~i o n o f t he c o n c r e t e r e i n f o r c e me n t of o n e r o a d b r i d g e， i t i n t r o d uc e d the de s i g n p r i n c i — p i e s ， the c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y， t h eq u a l i ty i n s p e c t i o na n da c c e p t a n c e o f c a r b o nfi b e r s h e e t r e i n f o r c e me n t ， a n d e t c ． Ke y w or ds： c arb o n fib e r s h e e t ； r e i nf o r c e me n t de s i gn ； t e c h n i c a l me tho d； qu a l i t y a c c e p t a nc e 0 引 言 采用碳纤维材料加 固混凝土结构 ， 是在混凝土外部黏 结高性能复合材料进行加固的一项新技术 。 由于碳纤维材 料具 有优异 的物理性能 、 耐久性 和耐腐蚀性 ， 以及施工简 便 、 工期短等优点 ， 其愈来愈多的应用于各种结构加固。 笔 者曾使用碳纤维布对某公路桥梁进行加固处理 ， 现将有关 施工技术加 以介绍 。 长江三峡地 区某公路桥梁 ， 主跨 为 4 0 m+ 8 0 m + 4 0 m 预应力混凝土连续箱梁 ， 单箱单室截面 ， 变高度形式 ， 梁 高 2 5 0 ～ 5 0 0 c m， 箱梁 内部宽 度 9 0 0 c m， 腹 板厚 度 4 O ～ 6 0 c m， 采用悬灌法施It 】 。 由于多种原因的影 响 ， 该桥通 车一 年 后发生中跨下挠 、 腹板混凝土大量开裂的质量事故。 桥梁混 凝土裂纹基本集 中在中跨腹板部位 ， 中跨跨中也有横桥向 不连续的裂纹。 总计宽度 0 ． 2 m r l l 以上的裂纹 2 0 0余条， 最 大裂纹宽度达到 3 mm。 经过详细勘察和论证 ， 决定采用增设体外预应力索和 粘贴碳纤维布的综合方法对桥梁进行修补加固。 混凝土 修补面积近 1 0 0 0 m ： ， 粘贴碳纤维布 1 8 0 0 m 2 。 桥梁加固修 补后， 委托科研检测单位进行了荷载试验， 并在投入使用 后作 了一年多的观测。 试验和观测表 明， 桥梁静载和动力 性能均能够满足设计要求， 粘贴碳纤维布加固混凝土的效 果 良好 。 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 2 - 2 6 1 5 4 1 碳 纤维片材加 固混凝土设计原理 1 ． 1 适 用范围 碳纤维材料是应航空和宇航等尖端 科学技术 的需要 而产生 的一 种特种纤维 ， 近几年用 于混凝土结构 的加固与 修补工程。 碳纤维片材含碳量一般在 9 0 ％以上 ， 经热稳定氧 化处理 、 碳化处理及石墨化等工艺制成。 其具有优异的物理 力学性能 ， 抗拉强度高于普通钢材 的 1 0 ～ 1 5 倍 ， 弹性模 量 与钢材接近 ， 而且质量轻 、 耐腐蚀 、 抗疲 劳等。 用粘贴碳纤 维布取代粘贴钢板加 固混凝土结构 ， 还具有黏合面密贴 ， 黏 结牢固， 增加质量轻和操作简便的特点 。 碳纤维加 固技术可 以应用于工业 民用建筑 、 桥 梁 、 隧 道 、 堤 坝及其他混凝土结构的修复 、 补强工程 ， 既可加 固承 受静载的结构， 也可加固承受动荷载的结构。 在结构受弯 加 固 、 受 剪加 固时 ， 原混凝 土强度应 不低 于 1 5 MP a 。 如果 被加固的混凝土破碎严重或裂纹较大 ， 必须先对裂纹进行 压浆处理 。 1 ． 2 加 固设计原理 采用碳纤维加 固混凝土结构 ， 是通过配套胶黏材料将 碳纤维布粘贴在混凝土构件表面， 使碳纤维布承受拉力， 与 混凝土共 同变形 ， 共同受力。 当梁 、 板等构件需要抗弯加固 时， 应使碳纤维方向与受拉方向一致。 当结构需要抗剪加固 时， 采用封闭式、 u型或侧面粘贴， 使纤维方向与构件轴向 垂直。 当需要对混凝土或砖柱进行抗震加固时， 纤维方向应 与构件轴向垂直 。 采用碳纤维片材加固混凝土结构， 应进行承载能力极限状 态计算和正常使用极限状态验算， 具体方法参照 C E C S 1 4 6 ： 2 0 0 3 (12 ．5 MP a ， 且不小于被加固混凝土抗拉 强度标准值 ≥ 1 5 0 0 ≥ 1 ． 5 2 ． 2 混凝土裂缝的压浆封 闭 在粘贴碳纤维 布之前 ， 要仔 细查找裂纹 ， 对 于肉眼可 见的裂纹都要进行处理 。 对宽度 t>2 n l m 的裂纹 ， 一般应进 行压浆处理 。 如果混凝土 比较破碎 ， 对宽度 < 2 mm的裂纹 也要进行封闭。 2 ． 2 ． 1 表面封闭方法 使用小型手持无齿锯沿着裂纹切一遍 ， 使之裂纹表面 扩大成一道宽 3 ～ 5 m m、 深 1 0 1 T l n q 左右 的沟槽 ， 然后直接 用环氧腻子将沟槽刮平 。 腻子也可以用修补胶掺人滑石粉 调制 。 2 ． 2 ． 2 裂纹压浆 常用的方法有高压注浆和低压注浆两种。 低压注浆方 法较为简便 ， 且注浆效果好 。 某桥梁修补加固采用低压注浆法， 使用铁道科研院铁 建所生产的 T K型注缝胶和注浆咀 、 补缝器。 T K型注缝胶 系改性环氧树脂注浆材料 ， 其初始黏度 4 0 ~ 8 0 MP a S ， 硬化 后抗压强度 4 0 ～ 6 0 MP a ， 与混凝土黏结强度 3 ~ 4 MP a 。 为双 组分包装， 使用前按比例混合均匀， 在 1 h 之内用完。 注浆 咀和补缝器均用塑料制成 。 补缝器 与医用注射器相似 ， 每 个补缝器贮存 5 0 mL胶液 ， 当弹力加压时可产生 0 ． 1 5 MP a 的压力 ， 能将胶液通过注浆咀压入裂缝 中。 低压注浆法修补裂纹的工序见图 2 。 清理裂缝 H黏注浆咀H封闭裂缝 H试漏 — ． 1 望 兰r _ ． 1 三 兰r _ ． 1 r_ _． 1 查 l 图 2 注浆法修补裂纹工序流程 粘贴注浆咀和封闭裂缝时， 应根据裂缝的宽度设置注 浆咀 ， 一般 间隔 1 0 ~ 3 0 c m设一个注浆咀。 注浆 咀的整个底 座都要粘贴严密， 不要漏浆。 注浆前要利用注浆咀压人空气 进行试漏 ， 发现注浆咀和裂缝封闭不严应重新封闭。 注浆的方法是 ： 用补缝器吸取注浆胶液， 插在注浆咀 1 5 5