桥梁裂缝修补碳纤维加固混凝土技术

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桥梁裂缝修补碳纤维加固混凝土技术

桥梁裂缝修补碳纤维加固混凝土技术
在碳纤维加固砼梁的实际工程施工中，操作是非常关键的，施工技术的与否关系着加固效果。同时，施工中对界面的处理对于剥离问题也起着重要影响。
　　1 界面处理方法
　　1.1界面对加固效果的影响
　　对表面不平整砼，应用找平材料将缺陷部位填补平整，待找平材料表面干燥及具有强度，在进行进一步施工，使被加固砼露出受力较好界面。混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以剔除，对较大面积的劣化层，在易除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。裂缝部位，如有必要应行封闭处理。用混凝土角向磨光机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，还需使用压缩空气将砼表面浮尘清除干净，构件粘贴面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状。对砼表面存在裂缝，按设计要求对裂缝进行灌高强砂浆或封闭处理，待灌浆达到一定强度后在粘贴碳纤维布。
　　注意事项：
　　①表面强度的影响。暴露在空气中的金属表面，因氧化作用而形成的氧化铁等氧化物，结构比较疏松，粘结后容易剥落。混凝土表面因碳化作用，会在表面形成疏松粉层，导致粘结效果明显下降。因此碳纤维加固时须清除不利于粘结的疏松表面和粉层（如混凝土表面的碳化层清除干净），才能获得良好的粘结效果。
　　②表面清洁度的影响。被粘构件表面因在制造、加工、运输、安装和使用等过程中，表面不同程度地吸附了一层污染物。这些劣根性污染物内聚强度小，胶粘剂不易完全浸润，粘结性能明显下降。为加固效果，应将被粘构件表面擦拭干净。检查表面清洁度的简便方法是观察水滴在表面上浸润和扩散的情况。干净的表面水滴应迅速而完全展开，并在表面形成一连续不破裂的水腊，这种方法通常称为水膜法。
　　③表面粗糙度的影响。被粘构件表面具有一定的粗糙度，能提高粘结性能，这是因为粗糙表面能够增大有效粘结面积，且有利于机械啮合作用。但表面过于粗糙，其高点的接触会造成胶层厚薄不均，且容易存在气泡而影响粘剂的浸润，反而会降低粘结性能。不同的胶粘剂对被粘构件表面粗糙度有不同的要求，一般以加工精度表示。
　　经过以往的试验分析可以知道，经过表面粗糙处理的粘结界面，其剪切强度能比未任何处理的粘结性能要高。但于过分粗糙反而会降低其粘结性能，过分粗糙会增加混凝土表面不规整性，出现“欠胶”现象，导致粘结界面具有不连续性和力集中点，使界面提前破坏。
　　1.2界面处理方法
　　界面的处理在碳纤维加固钢筋混凝土施工中是非常重要的一环。施工中应当给予足够的重视，一般的表面处理方法如下。
　　①表面处理应达到三个目的：确保结构本体与碳纤维布牢固粘结；除锈、去污、净化处理混凝土表面的老化部位；利用结构胶修补裂缝、填补孔洞、调整高差，削除尖角，碳纤维布粘结在可靠的基础上。
　　②钢筋露出部位须做防锈处理，如损伤程度严重，应采取措施补救。
　　③裂缝修补。若裂缝在5mm以上，采用高强水泥砂浆灌注；裂缝宽度大于0.2mm以上、小于5mm，采用化学裂缝灌注胶灌注裂缝，以低压慢注射为主，固化后打磨修饰平坦；裂缝宽度小于0.2mm，采用封缝胶表面封闭。
　　④断面修补，被粘混凝土面如有缺陷、孔洞或蜂窝麻面，应采用修补胶修补：1）缺陷或孔洞修补。原结构施工中或后期运行中使结构产生缺角、孔洞、蜂窝麻面，用修补胶修补。2）高差调整。由于横板错位产生混凝土表面高低差，亦要粘贴纤维前修复，大面积用高强砂浆，局部位置用修补胶。
　　⑤表面污垢后碳化处理，处理成平坦规整、无松动、无脆弱碎块及无污物的表面，以盘式打磨机、喷砂、高压水冲洗等方法，不可因研磨产生尖锐的端部及棱角，油脂类污物用中性洗涤剂脱脂，用高压气枪消除灰尘，粘结碳纤维布前混凝土表面充分干燥。
　　1.3其他界面处理方法
　　对混凝土表面可以添加界面处理剂来对混凝土表面进行处理，粘贴法是通过粘贴界面传递应力，使外贴材料与原结构形成整体，有效承载。通常情况下粘贴界面主要是通过剪切方式进行应力传递，因此粘贴加固混凝土结构的关键问题是粘接界面的抗剪强度。从受弯构件外贴纤维加固的大量文献中可见，构件在极限荷载作用下几乎均为界面受剪破坏。以往的试验研究表明，用不同的表面处理剂涂覆混凝土表面时，粘结界面的抗剪强度是有差别的。
　　通过以往的度验研究可以得到，通过适当的界面剂对混凝土表面进行处理，可使加固的粘接界面抗剪强度大大提高。用偶联剂配制的界面剂涂覆混凝土表面效果为佳；偶联剂具有很强的选择性，其选用可根据化学结构定性地作出判断。酸性介质处理混凝土表面导致粘接强度下降；碱性介质使粘接强度的下降相对较小。涂覆底胶作为界面剂并不一定能使粘接强度得到改善。
　　2 中国施工技术
　　2.1 混凝土基底处理 hengshuijucheng
　　采用粘结碳纤维补强加固砼构筑物，对施工技术的要求特别严格。因为粘结的碳纤维与被加固物体紧密联结，共同承受荷载共同变形。粘结的碳纤维要有良好的粘结基础，才能起到传递变形和承受应力的作用。
　　①裂缝处理。宽度小于0. 2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂抹封闭；大于0. 2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
　　②将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净，使其表面平整。
　　③检查外露钢筋是否锈蚀。如有锈蚀，需进行必要处理。
　　④对经剔凿、清除和露筋的构件残缺部分，用环氧砂浆进行修补、复原，达到表面平整。
　　⑤将构件表面凸出部分(混凝土构件交接部位、模板的段差等)打磨平整，修复后的段差要尽量平顺:棱角的部位，用磨光机磨成圆角，圆角半径须≥30mm。
　　⑥结构或构件表面打磨后，用吹风机将表面灰尘和杂物清理掉，或用水及酒精清洗，并使表面充分干燥。
　　2.2涂底层涂料
　　基底树脂作用主要是加强碳纤维布和砼表面粘结力，施工时可用滚筒刷均匀涂抹于砼表面。按一定比例将主剂和固化剂先后置于容器中，用低速旋转的方法搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。试验中所用底胶与底胶固化剂的比例可调为100:12。然后用滚桶刷或毛刷将胶均匀地涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场化后，用手指角感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。底胶固化后，若表面有凸起部分，用磨光机或砂纸打磨平整。
　　2.3用环氧腻子进行残缺修补
　　①构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，并修复至表面平推、顺滑。
　　②内角(段差、起拱等)要用环氧腻子填补，使之平顺。腻子涂刮后，表面仍存在的凹凸糙纹，应再用砂纸打磨平整。
　　2.4粘贴碳纤维片
　　将调制的树脂均匀涂抹于构件表面要粘贴的部位，胶层厚度应满足设计要求，并且涂抹树脂后，应在规定时间内，按照设计要求尺寸裁剪好的碳纤维布粘贴到位，用特制的滚筒沿碳纤维布受力方向多次滚压挤出气泡，使碳纤维布与砼表面紧密粘结，共同受力和变形。当碳纤维布粘贴层多于一层时，重复处理表面及挤出气泡，后，在碳纤维布表面再涂抹一层粘接剂，并覆盖塑料薄膜。
　　按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，按一定比例配置、搅拌粘贴胶料，试验中所用粘贴胶与粘贴胶固化剂的比例可调为100:40。然后用毛刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些，随即指导裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位，然后用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。碳纤维布粘贴后，为树脂的充分渗浸，应至少放置30min以上，此期间若发生浮起、错位等现象，需进行处理。多层粘贴应重复以上步骤，待纤表面指触感干燥为宜，方可进行下一层碳纤维布的粘贴。在外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。
　　2.5养护
　　①碳纤维片施工后，应进行养护，养护期间的温度不低于环氧树脂的允许使用温度。
　　②养护期一般在1-2周内。
　　③对于有风吹、雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护。
　　2.6表面涂装
　　覆盖完成8小时后，去除塑料薄膜，在碳纤维布表面涂抹基底树脂，待干燥后，外涂水泥砂浆处理成面层。对于有外观装饰要求的结构或构件，可在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或喷苟琳灰后涂刷常规涂料。
　　2.7施工注意事项
　　对拟加固构件的砼表面确定如何进行处理，配齐使用材料，准备好基底树脂，满足要求设计的碳纤维布，研究如何进行养护，分析节点情况，及确定如何进行锚固等。
　　①主要材料的准备
　　加固所有粘结剂是大筑建筑结构碳纤维胶粘剂，包括底胶、找平胶和面胶，所用碳纤维布为比较的碳纤维布有限公司提供的合格的规格为300克的碳纤维布。
　　②辅助工具及材料的准备
　　角向磨光机、砂纸、剪子、台秤、灰刀、自制滚子、丙酮。
　　③气温在5℃以下、相对湿度RH>85%、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时，无有效措施不得施工。
　　④由于碳纤维片为电的良导体，应使其远离电源。
　　⑤施工用各种树脂远离明火，并避免阳光直射。
　　⑥施工及检查人员应穿防护工作服，配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用具。
　　⑦施工现场通风状况良好。
　　⑧当树脂粘附在皮肤上时，应立即用肥皂水冲洗，溅入眼内用清水清洗或及时就医。