碳纖維單向布加固砼技術在舊橋改建中的應用 zund XL-1200-碳纖維樹脂複合材料台中切割加工－張綠東焦點新聞熱搜

一、概述
　碳纖維單向布具有高強度、高彈性模量和耐久性好等優點。應用專用的樹脂和碳纖維布，按設計要求粘貼于砼表面，從而達到結構物加固補強效果。通過對梁、板、柱等進行加固前后大量對比試驗，力學性能顯著得到提高，據試驗研究統計粘貼一層碳纖維單向布的梁板，其抗彎性能可提高5～8%。此技術與其他粘鋼、噴射砼等加固技術相比，具有自重小、施工簡便、施工周期短和耐久性好等特點。
　　美國、日本等國于二十世紀八十年代開始進行實驗研究，目前已經大量使用此技術。據有關資料統計，僅日本1997年用于加固修復的碳纖維布使用量就達70萬m2。我國近兩年來，科研單位和院校在這方面的研究和應用做了大量工作，生產出一系列的碳纖維復合材料，使工程降低了費用，同時也取得了較成熟的設計方法和施工經驗，為廣泛推廣該技術創造了有利條件。
　　二、立交橋改建工程設計簡介
　　健翔立交橋位于北京的北四環路與八達嶺高速路相交處，于1998年建成。橋梁上部結構為6跨、L＝18m預應力砼簡支梁。中央設隔離帶，兩側為雙向機動車道，兩外側為非機動車道，全寬55m。隨著城市交通量的增長，立交橋現有的寬度已不能滿足交通量的需要，為確保四環路成為城市快速路，需將現況橋梁向南、北兩側拓寬至72m，將現兩外側的非機動車橋改建為輔路橋，并新建非機動車橋。現況橋上部結構主梁和中墩蓋梁，對應機動車道部分的荷載均按汽車―超20級、掛車―120設計，而對應非機動車道的上部結構主梁和中墩蓋梁荷載均按汽車―15級、掛車―80進行設計，并且改建為輔路橋后要求荷載均為汽車―超20級、掛車―120。現非機動車橋的主梁拆除更換，但各中墩蓋梁的機動車和非機動車中間未斷開，為三跨一聯的變截面普通鋼筋砼連續結構。
　　經反復核算比較，為盡量減小蓋梁正負彎矩區的補強加固工作量，一方面采用了減輕橋梁自重措施，將砼橋面改為輕質(容重為19KN/m3)砼橋面，另一方面加寬中墩蓋梁下墩柱寬度，蓋梁的正負彎矩及剪力均相應減小，這樣對應機動車部分蓋梁的現鋼筋配置可滿足設計要求，而對應輔路(現非機動車橋)部分蓋梁按現配筋其應力與設計要求相差10～15%。為節省工程投資，且根據現四環路交通不允許中斷的情況，經有關部門批準，確定將全橋的5排中墩蓋梁的20個正負彎矩區進行補強加固處理，全橋蓋梁加固面積395m2，其具體加固位置見圖。
　　三、加固方案和材料的選定
　　1?加固方案的選定
　　各中墩蓋梁原設計為隱形蓋梁給加固工作帶來較大的困難，早提出采用噴射鋼纖維砼和外包鋼板的加固方案，因主梁梁端在跨間處距蓋梁外側面僅5cm，經計算比較與施工空間的限制上述兩方案可行性較小，后確定選用碳纖維復合材料進行補強加固。碳纖維布的極限抗拉強度高于普通鋼筋的10倍以上，而彈性模量也與鋼筋相近，較適合于鋼筋砼結構的補強加固工程。另外施工簡便，適用于要求施工周期短的加固工程。
　　2?材料的選定
　　近二、三年來，我國引進了美國、日本生產的碳纖維復合材料，進行了一些工程的加固，并取得了較好效益，但費用高影響推廣應用。近期由于國產化系列的碳纖維復合材料的出現，為該工程材料的選用奠定了基礎。經比較采用北京鐵華大眾科技發展有限公司的碳纖維布和配套樹脂，其中碳纖維布采用的是國外進口絲，質量可靠穩定，費用較低。產品通過級質檢部門的嚴格檢驗，各項性能指標已達到國外同類產品的水平。下面是碳纖維單向布和配套樹脂的規格及與日本同類產品(日鐵系列指標)性能對比結果(見表1～5通過采用上述碳纖維復合材料對鋼筋梁、板和柱等構件進行補強加固前、后不同類型的力學性能試驗研究，以及對施工環境條件、施工工藝的防護層的探討和研究，并經過反復的實驗與檢驗證實產品質量穩定、優良，并在航天、航空和軍事方面得到應用，現以批量生產。
　　四、施工工藝
　　為確保受彎鋼筋蓋梁結構的原受力鋼筋與加固碳纖維能夠同步工作，應該盡量縮短原蓋梁鋼筋與碳纖維的應力應變的差值，蓋梁加固時需考慮卸載措施，這樣可推遲將原蓋梁結構的鋼筋受力轉給碳纖維的時間，積極地改善蓋梁結構，并使得破壞時原鋼筋和碳纖維各自進入極限狀態，蓋梁的總體強度顯著得到提高。?蓋梁加固時卸載措施：拆除原荷載標準低的主梁→碳纖維布粘貼加固→安裝新標準荷載主梁。
　　加固施工工藝
　　1?對被加固砼表面作打磨處理，除去風化層，露出新茬，清除灰塵，保持清潔。
　　2?將表面處理樹脂均勻涂刷在待施工的界面上，不得有遺漏處。
　　3?待表面樹脂不粘手時，用修平樹脂找平基面，做到基面平整無凹陷處。
　　4?待修平樹脂不粘手已基本固化后，即可將浸漬樹脂均勻涂刷在上面，厚度約3～5mm，不得有過厚、過薄或有遺漏處。
　　5?將碳纖維單向布展開、拉緊，平鋪在涂有浸漬樹脂的基面上，再用專用工具反復滾壓，排除單向布與浸漬樹脂間的空氣，使單向布完全浸漬于樹脂之中，要做到碳纖維單向布平、直，中間無空穴、無氣泡。

加固位置圖

　6?第二層及以后單向布的鋪設與第4、5二項的操作及要求相同。
　　7?在鋪設滾壓后一層單向布后，應做一次后的壓平、整理，并再涂浸漬樹脂，厚度約1～2mm。
　　8?加固層完全固化時間約7d，完全固化后即可根據設計要求，涂刷防護及裝飾外用面漆。
　　選用的防護層具有優異的抗老化和耐介質腐蝕性能，可在-50℃～120℃溫度的環境下長期使用，此材料已在中央電視塔、三峽工程西陵長江大橋等多項重點工程中使用，效果良好。?健翔立交橋加固工程自2000年6月上旬開工，2000年7月上旬竣工歷時約30天，碳纖維布與梁表面粘結良好，施工質量取得了滿意的效果。
　　五、加固優點及探討意見
　　1?碳纖維布重量輕，施工時不用任何重型設備，其又很薄不需要較大的空間，尤其是在該工程加固空間緊張的情況下，更能顯示這一優越性。
　　2?加固鋼筋砼結構，采用粘貼強度高和高彈性模量的碳纖維的辦法，也能取得類似于鋼板的同樣加固效果，但其結構重量未增加，外表也輕巧美觀。
　　3?有極好的耐久性，由于加固只使用碳纖維和配套樹脂，因而不會出現生銹，并具有耐酸、堿、鹽和大氣環境腐蝕等性能，碳纖維布有極好的抗化學作用。
　　4?在健翔立交橋加固工程中使用碳纖維復合材料加固中墩蓋梁，經初步計算為工程節省投資約2500萬元，減少了施工周期，還解決了施工中不中斷交通的難題，取得了較大的經濟效益和社會效益，受到了有關單位的好評。
　　5?為促進該項新技術、新材料的快速發展，建議有關單位應盡快組織力量，制定完整的設計、施工、質量檢驗和驗收標準等技術規范。
　　綜上所述，粘貼碳纖維復合材料新技術是加固鋼筋砼結構行之有效的方法，值得推廣應用。

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