1 橋涵蓋板病害產(chǎn)生原因

　　近年來載重汽車噸位的不斷增大，許多橋涵的蓋板出現(xiàn)了混凝土開裂、風(fēng)化露筋、鋼筋銹蝕等嚴(yán)重病害，橋涵蓋板的承載力下降。該病害嚴(yán)重地影響到公路行車安全，急需對(duì)發(fā)生病害的橋涵蓋板進(jìn)行加固處理。

　　2 碳纖維布性能指標(biāo)和加固原理

　　碳纖維聚合物CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer) 加固混凝土結(jié)構(gòu)，是近十年來在發(fā)達(dá)國(guó)家中新興的成熟的加固技術(shù)，也是國(guó)內(nèi)工程界日漸關(guān)注和發(fā)展中的加固應(yīng)用技術(shù)。
　　2.1 碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4,碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3 500 MPa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為23 000 MPa-43 000 MPa，亦高于鋼。因此，CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)2000 MPa/(g*m3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59 MPa/(g*m3) 左右，其比模量也比鋼高。碳纖維和石墨纖維一般統(tǒng)稱為碳纖維，含碳量都在95%以上，目前具有工業(yè)意義的原絲僅有聚丙烯睛纖維(PAN)和中間相瀝青，各國(guó)生產(chǎn)碳纖維主要是以聚丙烯睛纖維為原料，經(jīng)過高溫碳化等特殊工藝加工成極細(xì)的纖維絲(直徑5 pm--10 pm)。我國(guó)CECS 146-2003碳纖維QD片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定的碳纖維布的主要力學(xué)性能指標(biāo)要求如表1所示。
　　
　　2.2 碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固修補(bǔ)橋涵蓋板技術(shù)，是利用專門配制的粘結(jié)劑將碳纖維片粘貼在橋涵混凝土蓋板構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面，使混凝土與碳纖維片形成一體，共同工作的加固修補(bǔ)方式。碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍;但是碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時(shí)，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時(shí)又要確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到加固的目的。鋼筋混凝土蓋板的抗彎加固，是通過將碳纖維布粘貼于構(gòu)件受拉區(qū)，代替或補(bǔ)充鋼筋的受拉性能，從而提高構(gòu)件的抗彎承載力。粘貼碳纖維后，在構(gòu)件受拉區(qū)混凝土開裂前，碳纖維的應(yīng)變很小;在混凝土開裂后，碳纖維布逐漸參與共同工作，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)加快;而在鋼筋屈服后，碳纖維布充分發(fā)揮作用，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)迅速加快，其高強(qiáng)高效的性能得以充分體現(xiàn)。鋼筋混凝土蓋板的抗剪加固，是將碳纖維粘貼于構(gòu)件的受剪區(qū)， 這里碳纖維的作用類似于箍筋。在構(gòu)件屈服前，碳纖維的應(yīng)變發(fā)展緩慢，所達(dá)到的最大應(yīng)變值也較小;在構(gòu)件屈服后，箍筋的作用逐漸被碳纖維代替，碳纖維的應(yīng)變發(fā)展加快，應(yīng)變值要高于箍筋的應(yīng)變值，而箍筋所起的約束作用減小，其應(yīng)變發(fā)展緩慢。

　　3 施工工藝及技術(shù)要點(diǎn)

　　橋涵蓋板加固工程的施工日期要安排在雨季前或雨季后，以減少雨水對(duì)工程的影響。其施工工序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備；卸荷；混凝土表面處理；配置、涂刷底膠；找平面層并配置找平膠；粘貼碳纖維片材；保護(hù)。
　　3.1 施工準(zhǔn)備：認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)實(shí)際情況擬定施工計(jì)劃，備齊施工所需的各種材料及機(jī)具。 　3.2 加固前應(yīng)對(duì)所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。
　　3.3 混凝土表面處理：清除橋涵蓋板底面剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土，露出混凝土結(jié)構(gòu)層，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。用混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，將混凝土面層打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀(R≥20mm)。用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。
　　3.4 配置、涂刷底膠：按主劑:固化劑=2:1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，電動(dòng)攪拌器均勻攪拌，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后再進(jìn)行下一工序施工。一般固化時(shí)間為2～3d。
　　3.5 配置找平膠（FE膠）并找平面層混凝土蓋板表面凹陷部位用FE膠填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用FE膠填補(bǔ)，轉(zhuǎn)角處用FE膠修補(bǔ)成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
　　3.6 粘貼碳纖維片材：按尺寸裁剪碳纖維布，調(diào)配、攪拌粘貼碳纖維材料的加固專用膠（FR膠），攪拌至色澤均勻，然后用滾筒刷均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，將碳纖維布拉緊展平并鋪在涂有FR膠基面上，用特制滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維。碳纖維沿纖維方向的搭接長(zhǎng)度不小于100mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維固定。多層粘貼重復(fù)上述步驟，待碳纖維布表面指觸干燥進(jìn)行下一層的粘貼。在最后一層碳纖維的表面均勻涂抹FR膠。其厚度為1～2 mm。
　　3.7 保護(hù)：加固后的碳纖維布表面應(yīng)采取抹灰或噴防火涂料進(jìn)行保護(hù)。

　　4 碳纖維加固工程性能評(píng)價(jià)

　　4.1碳纖維材料性能評(píng)價(jià)
　　碳纖維的彈性模量與鋼材較為接近，極適合于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的加固修復(fù)，同時(shí)，碳纖維的抗拉強(qiáng)度為普通鋼材的10倍，在達(dá)到相同加固效果的情況下，碳纖維的用量比鋼材少得多。
　　碳纖維重量?jī)H為200-300g/m2，約為3mm厚鋼板的1/100，幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重，不會(huì)引起結(jié)構(gòu)的連鎖補(bǔ)強(qiáng)。
　　 根據(jù)有關(guān)資料，在弱酸環(huán)境中，經(jīng)過一萬次的凍融循環(huán)，干濕交替，一定光照時(shí)間，70℃熱水中浸泡30天等作用下，碳纖維的耐久性能、抗腐蝕性能、耐老化性能均無降低，疲勞強(qiáng)度仍保留80％。
　　4.2 碳纖維工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)
　　與傳統(tǒng)的加固技術(shù)相比，碳纖維加固砼技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性能，雖然表面上看，碳纖維材料價(jià)格相對(duì)要高一些，但實(shí)際用于加固工程時(shí)，其綜合造價(jià)卻較低。碳纖維加固工程不需要大型施工機(jī)具和輔助機(jī)械，節(jié)省了臺(tái)班費(fèi)用；碳纖維屬于輕質(zhì)柔性材料，易于施工，降低了人工費(fèi)用；碳纖維具有良好的耐腐蝕性能，不需要定期維護(hù)，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用；當(dāng)碳纖維批量使用時(shí)，其材料價(jià)格也不斷下降。

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文章來源： 永年加固公司
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