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如何应用碳纤维布加固梁式桥梁?

粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构是近年来的一种混凝土结构加固新技术,被视为梁式桥加固补强、提高承载能力的首选加固方法。 
一、后桥沟桥概况 
后桥沟桥是位于国道308线的一座小桥,它始建于1989年。上部结构是简支空心板,下部结构是桩柱盖梁式墩台。桥跨组合为3×10米,桥宽组合0.5+17+0.5,由于G308线是“西煤东输”的重要干线,载重量大,交通量很大,为解决日益严竣的交通问题,该线在2002年得以改建,路面由10m加宽到15m,桥面由11m加宽到17m。限于资金问题,该桥的旧桥部分仍使用旧桥板。随着时间的推移,该桥的病害日益显露出来。2007年省桥检中心把它鉴定为三类桥。存在的主要病害是旧桥面板板底大多出现了横向裂缝、纵向裂缝,尤其第3孔的第9号板出现了一条较为严重的纵向裂缝,长3m,缝宽2mm。
二、病害产生的原因 
1.裂缝的产生主要是由于板底混凝土保护层薄,钢筋锈蚀,胀裂混凝土。 
2.桥龄长,桥板混凝土出现累积损伤裂缝,混凝土开裂,钢筋锈蚀,钢筋锈蚀又加剧了混凝土开裂。 
三、处治对策 
针对该桥出现的问题,2008年7月聊城市公路局养护科、勘测院、省桥检中心等有关专家对该桥进行会诊,决定粘贴碳纤维布对该桥进行加固,以满足承载力,保证行车安全。 
四、碳纤维布的特点 
碳纤维是一种新型建材,具有轻质高强、耐腐蚀、施工简便,能适应各种复杂形状结构的特点,且不影响结构的尺寸和外观,并且加固后的碳纤维布几乎不需要什么维护工作,可降低后期养护费用。
五、针对各块板出现的病害程度不同,制定以下施工方案; 
(一)确定处治范围
1、粘贴三道碳纤维布的桥板
第一孔第2、4、5、7、8块板
第二孔第3、4、7、11块板
第三孔第3、6、9块板 
2、粘贴二道碳纤维布的桥板
第一孔第11、12块板
第二孔第1、12块板
第三孔第12块板 
(二)作业区封闭交通 
1、在作业区上游200米处设置施工警告标志,用锥标隔离出工作区,工作区宽度为10m。 
2、在警告区内设置施工标志,限速标志,在上游过渡区起点至下游过渡区终点之间放置锥标。 
(三)粘贴碳纤维布施工步骤 
3.1施工工艺
施工准备工作→结构混凝土表面处理→配制涂刷底胶→用找平材料对表面进行修补→配制涂刷浸渍树脂→粘贴碳纤维布→涂刷浸渍树脂→表面防护处理 
3.2混凝土表面缺陷处理
3.2.1用磨光机或砂轮对混凝土的表面如蜂窝、麻面、腐蚀、剥落、风化、浮浆、不洁物等清除干净至密实面。 
3.2.2检查外露钢筋,若有锈蚀需除锈,再刷红丹油漆。 
3.2.3修补裂缝。对缝宽小于0.2mm的裂缝采用环氧树脂进行封闭,对缝宽大于0.2mm的裂缝,则用环氧树脂胶进行灌缝处理。 
3.2.4粘贴碳纤维布范围的定位划线应按设计要求进行。 
3.2.5构件表面因施工原因造成的凸出部位,用磨光机或砂轮磨平,高差不得大于1mm. 
3.2.6对构件表面存在的棱角,用磨光机磨成圆角,圆角半径宜大于30mm,不得小于20mm。 
3.2.7对混凝土表面残缺部分,剔除松散混凝土后用高于原构件混凝土强度的砂浆修补至表面平整 
3.2.8用高压水或压缩空气除净构件表面的粉尘,并使其充分干燥。 
3.3涂刷底胶 
3.3.1把按化例调配好的底胶主剂和固化剂称量准确后放入容器内,拌和均匀,一次调和量应以在可使用时间内用完为准,超过可使用时间的不得使用。 
3.3.2用滚筒刷均匀地涂抹底胶,需要涂刷2层时,应在第一层指触干燥后再涂刷第2层。 
3.3.3指触干燥时间因气温不同而在3小时至1天之间变化。 
3.3.4底胶硬化后,在构件表面有凸起时,要用磨光机或砂纸磨平。 
3.3.5根据施工部位的温度、湿度选择适当的底胶。在气温5℃以下,相对湿度大于85%,混凝土表面含水率在8%以上,雨天或有结露可能而无有效保障措施时,不得施工。 
3.4刮找平胶 
3.4.1碳纤维布只有与所加固补强的混凝土表面紧密接触,才能产生良好的补强效果。构件表面如蜂窝、麻面、小孔等的存在是碳纤维布材料粘贴不严密而造成起鼓的原因,应用找平胶填平,修复至表面平整。 
3.4.2找平胶涂刮后,表面上的糙纹,应用砂纸打磨平整。 
3.5粘贴碳纤维布 
3.5.1为防止碳纤维受损,在纤维布运输、储存、裁切和粘贴过程中,都不得使它受到过度弯折。因此,粘贴碳纤维布前用夹子切断器按规定尺寸切断碳纤维布,每段长度以不超过6m为宜。 
3.5.2碳纤维布裁切时应预先在裁切位置粘贴宽胶带,在宽胶带正中位置进行裁切,以保证裁切后碳纤维布的切口整齐。 
3.5.3粘贴纤维布前要确认施工面的树脂胶和找平胶等修补材料已达到指触干燥。 
3.5.4把浸渍树脂的主剂和固化剂按规定的比例称量准确,装入容器,搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准,超过可使用时间的不得使用。 
3.5.5粘贴前用滚筒在粘贴面上均匀地涂抹浸渍树脂胶称为下涂。下涂涂量标准:200g/m的纤维布,用400g-500g/m;300g/m的纤维布,用600-700g/m。用量是根据施工部位和粗糙程度而变化的,拐角部位、纤维布搭接部位以及残缺修补处要多用一些。 
3.5.6纤维布纵向接头必须塔接10cm以上,该部位应多涂浸渍树脂,横向不需要搭接。 
3.5.7粘贴时应依设计位置由上而下,由左至右有秩序地粘贴,碳纤维布内不应留有空隙。为此可用滚筒沿纤维方向在碳纤维布上滚压多次,以使浸渍树脂充分渗浸入纤维中,同时以压板去除气泡。即时观察贴片是否粘结密实,若发现有间隙或气泡,应及时处理。 
3.5.8碳纤维布粘贴30-60分钟(根据干燥程度)后,再用滚筒在碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂称为上涂。上涂时滚筒沿纤维方向滚动,注意不能将已贴好的纤维布粘起。上涂涂量标准:200g/m的纤维布,200-100g/m;300g/m的纤维布,300-200g/m。上涂和下涂一样,用压板沿纤维方向用力刮2-3次,使纤维内部充满浸渍树脂。 
3.5.9上涂后3-4小时进行空鼓检查,参照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》检查纤维布空鼓率、拉拔强度、粘结剂厚度等项目。 
3.5.10如纤维布表面出现空鼓,需进行修补,方法如下: 
(1)注入浸渍树脂法:在纤维布上打开2个以上的孔,使用注射器注入浸渍树脂,此类方法用于初期硬化后。 
(2)补丁修补法:当浸渍树脂完全固化后,无法用割刀切开或注入树脂后,或纤维布表面出现褶皱或松驰时,应采用此法割去不良部分,重新粘贴碳纤维布。
3.6养护 
3.6.1粘贴碳纤维布后,需自然养护24小时达到初期固化,并保证固化期间不受干扰。 
3.6.2碳纤维布粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间:当平均气温在20℃以上时需要1周。 
3.7涂装 
3.7.1涂装应在树脂初期固化后进行,并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。 
3.7.2涂装材料应根据需要选用耐候性材料、耐火材料。并与加固构件外观颜色一致。 
3.8对原材料与施工机具的要求 
3.8.1所有施工材料,包括碳纤维布和胶结材料都必须符合设计要求,这是保证工程质量的前提。 
3.8.2成卷材料在运输、储存中不得平放、不得挤压以免碳纤维布受损,也不得日晒和雨淋,胶结材料必须原装未开封。 
3.8.3容器、搅拌设备、刷子、滚筒等工具必须及时清洗干净,不得残留胶凝物。 
(四)施工质量检验标准
1.下涂和上涂树脂胶渗浸入碳纤维束良好。
2.碳纤维布下全面积内无气泡、空鼓、褶皱、松脱、翘起等现象。
3.纤维布纵向搭接长度不小于10cm,各幅及各层之间搭接部位不得位于同一断面处,必须错开至少20cm。
4.纤维布规格、粘贴位置、长度、宽度、层数符合设计规定。
5.养护需要严格遵守自然养护的时间要求。 
六、施工效果分析

利用粘贴碳纤维布加固梁式桥,既方便施工又缩短了工期,节约了投资。竣工后,对重车通过时桥板挠度变化观察测量,发现板的扰度大大减少,加固前测量板的挠度最大为1.1cm,加固后最大挠度为0.7cm,大大提高板的承载力,保证了行车安全。粘贴碳纤维布加固桥梁的耐久性取决于环氧树脂胶的老化失效时间,我们将跟踪观测用碳纤维布加固桥梁的使用状况,为粘贴碳纤维布加固混凝土构件积累经验。


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