加固公司_加固工程_加固材料-前景建筑工程

橋梁結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)與應(yīng)用

（一）前言

中國(guó)橋梁工程的發(fā)展已具有相當(dāng)規(guī)模，公路交通量不斷增加，行車密度及車輛載重越來(lái)越大，公路橋梁負(fù)荷日趨加重。有一部分公路橋梁是中國(guó)20世紀(jì)80年代以前修建的，因其設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，普遍存在承載力不足的問(wèn)題。同時(shí)具有抗高溫、抗磨蝕、抗震、耐化學(xué)藥品性，耐熱，耐低溫等性能，這就意味著建筑結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性大大提高。而20世紀(jì)80年代以后修建的，其中已有不少橋梁暴露出缺陷，更有一些在遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)出現(xiàn)耐久性能嚴(yán)重退化的現(xiàn)象，影響其承載能力和使用壽命。因此，采用適當(dāng)?shù)募庸毯透脑旒夹g(shù)措施，恢復(fù)和提高橋梁的承載能力及通行能力，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命，以適應(yīng)現(xiàn)代化交通運(yùn)輸?shù)男枰兊檬制惹小?

（二）碳纖維材料特性

碳纖維增強(qiáng)塑料是碳纖維材料通過(guò)一定的制作工藝與特定的樹(shù)脂材料復(fù)合而制成的，其力學(xué)特點(diǎn)是應(yīng)力應(yīng)變量完全線彈性，不存在屈服點(diǎn)或塑性區(qū)。碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能。加固混凝土構(gòu)件所用的碳纖維布，是由碳纖維長(zhǎng)絲經(jīng)編織而制成的柔軟片材。構(gòu)件受剪加固時(shí)，應(yīng)用碳纖維布加固時(shí)應(yīng)使碳纖維的纖維方向與混凝土中主拉應(yīng)力方向一致。碳纖維布在編織時(shí)，將大量的碳纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向均勻平鋪，用的非主方向碳纖維絲將主方向碳纖維絲編織連接在一起，形成很薄的以主纖維方向受力的碳纖維布。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于3000MPa，彈性模量大于2.0×l05MPa.綜合材料的物理、力學(xué)特性分析，要想大限度地發(fā)揮材料自身的優(yōu)勢(shì)，適宜將CFRP材料作為橋梁結(jié)構(gòu)的受拉或預(yù)應(yīng)力受彎構(gòu)件，特別適用于純受拉構(gòu)件，工程實(shí)踐也證明了這一點(diǎn)。目前，用于橋梁加固的碳纖維材料主要是承受拉應(yīng)力，約束裂縫的開(kāi)展。

（三）碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝

1、根據(jù)設(shè)計(jì)確定粘貼碳纖維的范圍進(jìn)行基底處理

(1)將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈，達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕，并進(jìn)行必要的處理。對(duì)經(jīng)過(guò)剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原；

(2)裂縫修補(bǔ)?？p寬小于0.2mm的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫；

(3)將構(gòu)件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修復(fù)后的段差盡量平順。用磨光機(jī)把棱角磨成半徑大于30mm的圓角；

(4)清洗打磨過(guò)的構(gòu)件表面，并使其充分干燥。

2、底層涂刷（底層涂料具有較強(qiáng)的滲透性，可滲入砼表面內(nèi)）

(1)把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi)，用攪拌器拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)；

(2)用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料；

(3)底層涂料固化后，表面有凸起部分時(shí)要用砂紙磨光；

(4)注意在氣溫小于5℃，相對(duì)濕度大于85，砼表面含水率在8%以上，有結(jié)露可能而無(wú)可靠保證措施時(shí)，均不得施工。

3、環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠對(duì)構(gòu)件表面殘缺的修補(bǔ)

(1)構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠填平，修復(fù)至表面平整；

(2)內(nèi)角（段差、起拱等）要用環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠填補(bǔ)使之平順。

4、貼碳纖維

(1)為了防止碳纖維受損，在碳纖維運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過(guò)程中，嚴(yán)禁受彎折；

(2)碳纖維接頭必須搭接10cm以上，橫向不需搭接；

(3)按規(guī)定比例摻配樹(shù)脂主劑和固化劑，用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹(shù)脂，稱為下涂；

(4)貼碳纖維時(shí)，在碳纖維片和樹(shù)脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維上對(duì)此滾壓，使樹(shù)脂滲入碳纖維中。

5、養(yǎng)護(hù)

粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，并保證固化期間不受干擾。

6、涂裝

根據(jù)需要可在樹(shù)脂固化后加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件表面，涂刷耐火涂層和色彩。

（四）碳纖維加固處理要點(diǎn)

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理前，先對(duì)梁板采取有效地卸載和支頂措施，然后按以下施工工序進(jìn)行加固施工。

1、破損面混凝土表面處理：清除被加固構(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。

2、按設(shè)計(jì)要求對(duì)破損面鋼筋處理后用環(huán)氧樹(shù)脂裂縫膠進(jìn)行灌縫或封閉處理，并保證鋼筋保護(hù)層厚度不小于15mm.利用打磨機(jī)將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無(wú)粉塵。其工作原理是將纖維布張拉至設(shè)計(jì)值，用粘結(jié)材料將其粘貼到混凝土板梁的受拉面，使其與混凝土結(jié)構(gòu)共同受力利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度，達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及強(qiáng)度的目的。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí)，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm.

3、涂刷底層樹(shù)脂：用專用滾筒刷將底層樹(shù)脂均勻涂抹于混凝土表面，待樹(shù)脂表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一道工序施工。

4、找平處理：表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整，且不應(yīng)有菱角。

5、粘貼碳纖維片材：將配制好的浸漬樹(shù)脂均勻涂抹于所要粘貼的部位，并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓，擠除氣泡，使浸漬樹(shù)脂充分浸透碳纖維布，滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面接觸干燥時(shí)即可進(jìn)行下一層的粘貼。利用打磨機(jī)將其表面打磨平整，并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈，使構(gòu)件加固表面平整、干燥無(wú)粉塵。如超過(guò)60min，則應(yīng)等12h后，再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。

6、在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹(shù)脂。

7、必要時(shí)進(jìn)行表面防護(hù)及外觀處理。

（五）注意事項(xiàng)

1、碳纖維片材選擇注意事項(xiàng)

碳纖維片材的編織均勻性，將直接影響加固質(zhì)量。碳纖維束只有分布排列均勻，加工成復(fù)合材料后才能起到整體均勻受力的作用，若材質(zhì)的均勻性不好，則構(gòu)件受力后到之纖維片拒不受力不均，使碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的效果不能充分發(fā)揮出來(lái)。環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維復(fù)合筋性能1、玻璃纖維特性剝離纖維是以剝離為原料經(jīng)高溫溶質(zhì)、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的。因此，選擇均勻性較好的碳纖維片材，是加固質(zhì)量的關(guān)鍵。

2、碳纖維（片材）粘貼注意事項(xiàng)

①在表面處理和粘貼碳纖維片材前，應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。

②按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維片材，裁剪后的織物寬度不宜小于150mm且不應(yīng)小于100mm.

③將碳纖維片材表面擦拭干凈至無(wú)粉塵。如需粘貼兩層時(shí)，對(duì)底層碳纖維片材兩面均應(yīng)擦拭干凈。

④擦拭干凈的碳纖維片材應(yīng)立即涂刷粘結(jié)樹(shù)脂，膠層應(yīng)呈凸起狀，平均厚度不小于2mm.

⑤將涂有粘結(jié)樹(shù)脂的碳纖維片材用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡膠滾筒順纖維片材方向均勻平穩(wěn)壓實(shí)，使樹(shù)脂從兩邊溢出，保證密實(shí)無(wú)空洞。當(dāng)平行粘貼碳纖維時(shí)，兩片之間孔隙應(yīng)不小于5mm.

⑥需粘貼兩層碳纖維片材時(shí)，可連續(xù)粘貼。如不能連續(xù)粘貼，則再開(kāi)始前應(yīng)對(duì)底層碳纖維片材重新做好清潔工作。

⑦施工宜在5℃以上環(huán)境溫度條件下進(jìn)行，并應(yīng)符合配套樹(shù)脂的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，應(yīng)使用適用于低溫的配套樹(shù)脂或采用升溫處理措施。

⑧施工時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境濕度對(duì)樹(shù)脂固化的不利影響，其粘貼部位混凝土的含水率不應(yīng)大于4％。

⑨樹(shù)脂配制時(shí)應(yīng)按產(chǎn)品使用說(shuō)明規(guī)定的配比稱量置于容器中，用攪拌器均勻攪拌至色澤均勻。攪拌用容器內(nèi)不得有油污及雜質(zhì)。宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際溫度決定樹(shù)脂的每次拌合量，并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。

⑩為了保證粘貼的質(zhì)量，不同季節(jié)、不同溫度條件下，應(yīng)使用不同型號(hào)的粘貼樹(shù)脂，這樣才能對(duì)樹(shù)脂施工的可操作時(shí)間和固化時(shí)間進(jìn)行有效控制。

（六）對(duì)碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的展望

碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展很快，其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點(diǎn)：

1、施工簡(jiǎn)便迅速，無(wú)需模板、夾具、支撐等；

2、不增加結(jié)構(gòu)重量，碳纖維片重量200g/m2～300g/m2，設(shè)計(jì)厚度0.111mm～0.167mm，加上環(huán)氧樹(shù)脂的重量也很輕，對(duì)結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì)；

3、能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)；

4、可以多層粘貼?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，在一個(gè)部位重疊粘貼。

（七）結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，高速公路橋梁通車?yán)锍桃苍诓粩嘣鲩L(zhǎng)，橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強(qiáng)度降低或需要提高抗震能力和修補(bǔ)橋梁裂縫，都可以應(yīng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

碳纖維雙向布的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1、優(yōu)異的機(jī)械性能

碳纖維單絲的比強(qiáng)度和比模量是鋼材的10倍以上。突出的力學(xué)性能是碳纖維雙向布替代鋼材成為體育器材制作的優(yōu)良材料。

2、質(zhì)量輕

碳纖維雙向布質(zhì)量極輕。尤其是羽毛球拍、網(wǎng)球拍、高爾夫球桿等體育器材，輕質(zhì)的手感可以降低動(dòng)力要求，節(jié)約能耗，使用方便。

3、柔軟加工性強(qiáng)

碳纖維雙向布的可塑性佳，可以任意加工成各式形狀，同時(shí)可以根據(jù)使用者的不同需求來(lái)設(shè)計(jì)加工體育器材。

碳布、粘鋼現(xiàn)場(chǎng)拉拔該如何進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固主要涉及到碳纖維加固、粘鋼加固、增大截面加固、外粘型鋼加固以及外加預(yù)應(yīng)力加固等，碳纖維加固和粘鋼加固又是這些加固工藝中經(jīng)常用到的加固方法。另外，如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí)，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀，圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。這兩種加固工藝在施工完畢以后都需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔，來(lái)確定粘接是否合格，也經(jīng)常有小伙伴咨詢我們碳布和粘鋼現(xiàn)場(chǎng)拉拔該如何進(jìn)行。

現(xiàn)在給大家介紹下：

1、碳纖維布現(xiàn)場(chǎng)拉拔和粘鋼現(xiàn)場(chǎng)拉拔相同點(diǎn)

在拉拔之前都需要做5個(gè)40MM*40MM的試件粘貼在加固位置的附近，等結(jié)構(gòu)膠完全固化后通知試驗(yàn)室檢測(cè)人員來(lái)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)構(gòu)膠一般3-5天都會(huì)完全凝固，力學(xué)性能都會(huì)達(dá)到要求，但為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，我們都建議試件在第7天再進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。在做拉拔時(shí)由于需要實(shí)驗(yàn)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，需要施工單位提前與實(shí)驗(yàn)室人員定好時(shí)間，并且在試驗(yàn)期間，需要監(jiān)理在旁邊進(jìn)行見(jiàn)證。錨具實(shí)現(xiàn)碳纖維板的張拉和固定、結(jié)構(gòu)膠使碳纖維板和被加固的構(gòu)件形成一個(gè)共同受力的整體。試驗(yàn)結(jié)果確定5個(gè)試件都是內(nèi)聚破壞（基材混凝土破壞面積占粘接面積的85%以上），然后通過(guò)計(jì)算算出每個(gè)試件的破壞拉力值，將大值和小值去掉，剩下的三個(gè)數(shù)值計(jì)算平均值，算出的值滿足國(guó)標(biāo)規(guī)范，則說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)拉拔合格。

2、碳纖維布現(xiàn)場(chǎng)拉拔和粘鋼現(xiàn)場(chǎng)拉拔不同點(diǎn)

鋼板的試件在粘貼前需要提前裁剪好，碳布的試件可以將整塊碳布粘貼在試驗(yàn)位置，在拉拔試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)再進(jìn)行裁剪。這主要是因?yàn)殇摪逶嚰谡迟N好以后不宜裁剪，如果用等離子切割機(jī)強(qiáng)行切割會(huì)導(dǎo)致膠體受損，而碳纖維布在粘貼好以后可以用角磨機(jī)進(jìn)行切割；碳布經(jīng)常會(huì)有多層拉拔，而鋼板基本不會(huì)有多層拉拔的情況，碳布在進(jìn)行多層拉拔試驗(yàn)時(shí)不可以發(fā)生層間破壞，否則認(rèn)定不合格。當(dāng)然，如果與其他加固方法結(jié)合采用，如增大截面、受壓區(qū)加固，還能在更大程度上提高承載力。

現(xiàn)場(chǎng)拉拔是檢測(cè)碳布、鋼板粘貼效果的一個(gè)重要步驟，檢測(cè)合格可以說(shuō)明現(xiàn)場(chǎng)的粘接效果是滿足要求，這也能充分說(shuō)明結(jié)構(gòu)膠的粘接性能好壞。

加固纖維板材介紹

纖維加固技術(shù)是在上世紀(jì)八十年代興起的新興技術(shù)，由于纖維復(fù)合材料優(yōu)異的機(jī)械性能和化學(xué)性能，已備受工程界的青睞，并在工程加固中廣泛應(yīng)用。其中以玄武巖纖維、芳綸纖維、碳纖維、玻璃纖維四種纖維增強(qiáng)材料運(yùn)用為廣泛。采用電錘鉆孔時(shí)應(yīng)保證鉆孔中心線與混凝土梁面垂直，鉆孔中心位置偏差不超過(guò)3mm。然而各種纖維材料的力學(xué)性能參數(shù)各有差別，其可設(shè)計(jì)性和加工性也各不一樣。

1、玄武巖纖維

玄武巖纖維是一種新型的礦物纖維，是由玄武巖原材料經(jīng)高溫熔線拉絲而制成的。高強(qiáng)度和模量較高，可與混凝土的相容，它的價(jià)格是在芳綸纖維和玻璃纖維之間。由于其原材料來(lái)自天然玄武巖，產(chǎn)品性能非常大，也已經(jīng)以多種形式成為加固材料在工程中應(yīng)用。

2、芳綸纖維

芳綸纖維具有高強(qiáng)度、高模量、低延伸率、電絕緣性好、抗沖擊性好、柔軟可加工性、施工簡(jiǎn)便的優(yōu)良性能。在許多方面和碳纖維是互補(bǔ)的，也是一種重要的纖維增強(qiáng)材料。1、破損面混凝土表面處理：清除被加固構(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。芳綸纖維可單獨(dú)使用，也可與碳纖維、玻璃纖維等混合使用。國(guó)外芳綸纖維的應(yīng)用十分廣泛，然而在我國(guó)，芳綸纖維作為結(jié)構(gòu)加固材料在我國(guó)的應(yīng)用仍處于起步階段。

3、碳纖維

碳纖維作為加固材料，具有一定的固有缺陷，如抗沖擊強(qiáng)度低、抗剪強(qiáng)度低、導(dǎo)電性強(qiáng)，會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，應(yīng)用范圍有限。由于其具有高強(qiáng)度、高模量、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)良的力學(xué)性能，在建筑工程使用中仍得到了廣泛的應(yīng)用。短切玄武巖纖維還可與無(wú)機(jī)粘合劑相容，吸濕率小于1%，吸收能力不隨時(shí)間的變化，這就證明了它在使用過(guò)程中的材料穩(wěn)定性，長(zhǎng)壽命和環(huán)境協(xié)調(diào)性。中國(guó)每年碳纖維年消耗量占世界總產(chǎn)量的四分之一，碳纖維是增長(zhǎng)快的、發(fā)展?jié)摿Φ氖抢w維增強(qiáng)復(fù)合材料。

4、玻璃纖維

玻璃纖維包括高強(qiáng)度玻璃纖維和無(wú)堿玻璃纖維，玻璃纖維的延伸率以及抗拉強(qiáng)度低，價(jià)格便宜，但彈性模量查，耐堿性差，受鹽腐蝕性差，施工操作差。因此應(yīng)用范圍受限制較多，適用于加固要求低的場(chǎng)合。