浅析芳纶纤维在桥梁混凝土加固中的应用.pdf

8 0 低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 浅析芳纶纤维在 桥梁混凝 土加 固中的应用 桑湛 ， 王朝阳 ， 王新龙 ( 1 ． 黑龙江省林业设计研究院， 哈尔滨1 5 0 0 6 0 ； 2 ． 黑龙江岁宝热电有限公司。 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 芳纶纤维是一种耐腐性好、 耐久性好， 同时抗剪抗动载、 抗疲劳抗冲击性能好的新复合材料， 把浸 透了树脂的芳纶纤维布粘贴在混凝土墩柱构件表面， 和构件共同承担拉力及剪力 ， 从而起到补强的作用。本文结 合哈同高速公路蚂蚁河桥加固工程 ， 对芳纶纤维在桥梁混凝土加固中的应用进行浅析。 【 关键词】 芳纶纤维 ； 加固； 桥梁； 混凝土 【 中图分类号】 1 ~ 7 4 6 ． 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 — 6 8 6 4 ( 2 0 1 O ) 0 5 — 0 0 8 0 — 0 2 0 前言 很多使用中公路桥梁混凝土都存在着各种各样 的问题， 如承载力不够、 漏筋锈蚀、 酥松剥落、 老化、 磨 损、 裂缝等等， 致使公路桥梁加固维修问题更加突出， 为解决上述问题， 到目前为止用的较多还是传统的加 固方法如扩大截面法、 贴钢板、 体外预应力 以及锚喷 等 ， 纤维增强复合材料补强方 法是在 近些年得 以推广 应用的。芳纶纤维补强加固方法其 中的一种补强方 法， 已被国内外以有工程实践证明是一种行之有效加 固方法。在我省公路桥梁上还是第一次使用， 结合哈 同公路蚂蚁河 3 号桥桥墩柱采用芳纶纤维布加固的全 过程， 进一步全面地、 详细阐述该种方法在桥梁加固 和维修中的应用。 1 蚂蚁河 3号桥墩柱破损情况 经对哈 同公路蚂蚁河 3 号桥的墩柱混凝土破损及 裂缝分布情况进行全面检测， 根据墩柱混凝土裂缝分 布特征和破损程度将全桥 3 9根墩柱划分以下三种破 坏情况 。 1 ． 1 严重破坏 6 #， 7 #和 8 #墩( 墩号从依兰 一哈尔滨方向依次 1 #、 2 #、 ⋯1 3 #) 共 9 根柱混凝土严重破损， 出现大量 的纵向裂缝， 裂缝宽度为 0 ． 2～3 m m， 大部分裂缝已贯 通。裂缝处有大块混凝土剥落， 个别部分钢筋外漏。 1 ． 2 一般破坏 属于一般破坏的有 2 #一5 #， 9 #一1 1 #和 1 3 # 的 1 3 ． 3 共 2 2 根柱。在墩柱的上半段出现大量网状裂 缝 ， 裂缝宽度一般为 0 ． 1 ～0 ． 2 m m。5 #墩的一个墩柱 顶部出现横向裂缝 ， 宽度 1 ． 0～2 ． O m m， 裂缝处混凝土 有少量破损剥落。 1 ． 3 基本 完好 1 #， 2 #和 1 3 #的 1 3 ． 1 ， 1 3 ． 2共 8 根柱基本完好， 只发现少量的微细的纵向裂缝， 宽度均小于 0 ． 2 m m， 长 度为 5—2 0 e rao 2 加固方案 根据墩柱破损情况及实测强度对墩柱承载力进 行了验算， 计算结果表明， 按破损后的混凝土强度计 算， 墩柱承载力也可满足要求。但考虑到混凝土实测 强度的离散性和结构耐久性的要求 ， 决定采用包裹芳 纶纤维布的方法对墩柱进行加固。对此， 对加固处理 方案进行分析比选 ， 从而确定较为经济、 合理、 安全的 处理方案。 芳纶纤维( 片材) ： 芳纶纤维补强加固的方法是用 专门配制的配套粘结材料 ， 将由高强度或高弹性模量 的连续芳纶纤维单向或多向排列成束的芳纶纤维片 材沿受力筋方 向粘贴于结构受拉面。粘结材料固化 后与原结构通过变形协调形成新的受力复合体， 使纤 维片材与原结构共同受力。通过约束限制混凝土横 向变形的发展是增强混凝土强度与延性的一种有效 途径， 这完全可以通过在混凝土构件外包裹芳纶纤维 布来实现。 芳纶纤维布约束混凝土作用要好于碳纤维布约 束混凝土。芳纶纤维一个显著优于碳纤维的特点是 其破坏为非脆性 ， 破坏前 出现颈缩， 征兆明显； 同时高 弹性和中等延伸率使芳纶纤维具有高韧性 ， 从而在纵 向断裂时能有效工作 ， 这些性能使芳纶纤维在遭受强 烈冲击时能有效的吸收轴向应变能和纵向动能， 经加 固后的混凝土结构为两次组合结构， 保证了新、 旧两 部分共同受力整体工作。且与传统加固方法相 比， 具 有明显的优越性， 主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 材料性能好 ： 芳纶纤维材料是芳纶纤维单向 排列的布状织物， 具有极高的抗拉强度。 ( 2 ) 对原结构不产生新的损伤， 进行粘贴 ， 不需 要设置锚固螺栓及开凿混凝土等， 因而不会对已经损 伤的结构产生新的破坏， 更可避免钻孔时与结构内原 有钢筋发生冲突而引起新的问题。 ( 3 ) 良好的耐久性、 抗腐蚀性和防水性 ， 耐酸碱 、 盐及大气腐蚀， 使结构物具有耐久性而无需定期维 护， 大大减少结构加固后的维修费用。 桑湛等： 浅析芳纶纤维在桥梁混凝土加固中的应用 8 1 ( 4 ) 较强的适应性 ： 由于可产生相当大的塑性变 形， 使其能对各种形状的结构物进行修补， 对不同的 加固部位和加固目的都能满足。 ( 5 ) 不增加原结构 自重及截面尺寸， 质轻柔软， 易粘贴。不影响结构的外观。 ( 6 ) 节约费用： 从整体效益和长期性等方面进行 综合衡量 ， 其支出费用也较其它方法少， 一般可节省 2 5 ％ ～5 0％ 。 通过综合比较 ， 决定采用芳纶纤维对该桥进行加 固处理。对于破坏严重的 6 #一8 样墩共 9根柱， 采用 粘贴包裹二层芳纶纤维布， 对于一般破坏的 2#～ 5 #， 9 # 1 1 #， 1 3 #， 共 2 2 根柱采用粘贴包裹一层芳 纶纤维布的方法进行加固处理。 3 芳纶纤维加固补强的施工程序 3 ． 1 材料准备 ( 1 ) 材料进场时 ， 除应具备出厂试验报告、 质检 合格证， 还要重新进行质量鉴定。 ( 2 ) 浸渍树脂( 树脂材料) ， 加固过程中采用的浸 渍树脂是 F L 一 2 0 5 0型， 具体指标如表 1 。 表 1 浸渍树脂性能 项目 主剂 硬化剂 主要成分 外观 混合物外观 混合 比 混合粘度 可用时间 环 氧 树 脂 篆 譬 黄色粘稠液体 青色粘稠液体 绿色粘 稠液体 主剂 ： 硬化剂 =2 ： 1 2 0 0 0 o ,4 - 7 030 MP a s ( 20~ c) 约 6 0 ra i n ( 20℃。 5 0 0 g ) ( 3 ) 底胶是非溶剂性低粘度的环氧树脂。 3 ． 2 修补墩柱裂缝及表面处理 混凝土 在补 强前 必 须 对 混 凝 土 表 面进 行 处理 。 首先对裂缝严重的 6 样、 7 #及 8 #墩进行处理： 凿掉部 分破损及空洞的混凝土， 向裂缝内灌注环氧树脂胶 ， 同时对钢筋外漏处 ， 应对钢筋进行除锈处理， 然后用 水泥砂浆修补整平。最后对全桥墩柱进行打磨处里 ， 必须清除墩柱表面浮浆及凹凸不平处， 施工时模板接 缝处的错台也要进行整平处里 ， 直到漏出细骨料为 止。用湿布擦拭墩柱表面， 有油腻部分用丙酮清洗。 经过表面处理过的混凝土表面应满足以下几点 要求 ： 混凝土表面平整、 光滑 ； 边角部分没有凹凸不平 现象 ； 混凝土结构无脆弱部分； 无沙尘、 泥土、 油污等。 3 ． 3 涂底胶 按比例调配底胶 ， 充分搅拌使其混合均匀。每次 调和的树脂要进可能在规定时间内完成。 涂底胶时的施工措施： 涂底胶前要确认混凝土的 表面干燥。潮湿状态下， 要进行干燥处理 ； 底胶在指触 硬化前 ， 外界温度若在 5 ℃以下， 采取适当的保湿措施 或者采用低温型底胶； 因为底胶提高浸渍树脂的粘结 性， 所以用滚筒或毛刷将底胶均匀涂 在混凝土表面 上， 使其铺满浸透混凝土表面； 即使经过表面处理后 ， 混凝土表面如果有不平整部位， 等底胶干燥后 ， 用环 氧类腻子进行整平处理， 使芳纶纤维布紧贴在混凝土 表面 。 3 。 4 粘贴芳纶纤维布 ( 1 ) 画芳纶纤维布的裁剪图， 剪出所需形状。 ( 2 ) 打墨线， 在墩柱混凝土表面打出粘贴的标准 线， 从上到下 5 0 e m一道。 ( 3 ) 混凝土表面状态的鉴定 ， 底胶表面不应附着 水分及灰尘。 ( 4 ) 拌和浸渍树脂 ， 把浸溃树脂的主剂和硬化剂 按一定比例放入容器， 搅拌之后， 树脂中含有大量气 泡， 应待气泡减少后再使用。 ( 5 ) 涂底层浸渍树脂 ， 用滚动毛刷浸渍树脂均匀 涂在混凝土表面。 ( 6 ) 涂外层浸渍树脂 ， 底层的浸渍树脂浸透纤维 布后 ， 外层还要在涂一遍树脂。用滚筒沿纤维布的编 织方向均匀地涂抹树脂 ， 同时应注意除去残留气泡， 使纤维布和里外树脂结成一体。 ( 7 ) 养护， 树脂初期硬化时表面若附着水分， 会 出现不 良硬化层， 所 以为防止水分附着 ， 用 P V C膜覆 盖养护。 4结语 该桥自加 固后交付使用到现在 ， 使用正常， 这说 明采用芳纶纤维片材加 固处理技术是 比较成功的。 其具有施工快捷、 周期短， 大幅度降低了施工维修费 用且维护周期延长 ， 因此芳纶纤维的前景是比较乐观 的。只有在实际施工中不断应用， 不断提高， 才能更好 地发挥它的作用。 参考文献 [ 1 ] 尚守平， 等 ． 预应力碳纤维布材加固混凝土受弯构件的抗弯性 能研究[ J ] ． 建筑结构学报， 2 O O 3 ， 2 4 ( 5 ) ： 24 — 3 0 ． [ 2 ] 飞渭等 ． 预应力碳纤维布加固混凝土受弯构件试验研究[ J ] ． 四川建筑科学研究， 2 O 0 3 ， 2 9 ( 2 ) ： 5 6 — 6 0 ． [ 收稿 日 期】 2 0 1 0 — 0 3 —1 5 [ 作者简介】 桑湛( 1 9 8 1 一) ， 男， 黑龙江肇州人， 助理工程师， 从事路桥专业。