CFRP粘贴加固技术-吴海军

粘贴CFRP加固技术

吴海军博士，副教hj_tj@126.com583921237@重庆交通大学土木建筑学院严格遵守规范的强制性条文，针对加固工程的具体情况，合理运用规范，对可能影响到工程安全的指标应该首先得到满足克服加固设计“只对规范负责，不对工程负责”的做法加固规范中的要求只是最低要求加固工程本身有更高的技术要求，一定不能低于规范的基本标准楔子基本原理用黏结胶将CFRP片材牢固地粘贴在桥梁的受拉区或薄弱部位，与结构形成整体，变形协调，共同受力，恢复或提高结构的承载力，改善延性，并减少裂缝扩展材料性能设计方法施工技术检验、验收粘贴CFRP加固技术现代复合材料以20世纪40年代GFRP（玻璃钢）的出现为标志。目前已研发出了具有各种优异性能的聚合物基复合材料，包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强复合材料。在航空航天领域、现代国防工业中FRP首先得到发展、应用。在民用工业如机械工业、交通运输、建筑工业以及生物医学、体育等领域，FRP由于其优异性能而得到广泛应用。钓鱼杆，高尔夫球棒，网球拍， 羽毛球拍，赛车，赛艇，火箭壳体 卫星用结构材料，飞机刹车片一、CFRP片材CFRP，碳纤维增强复合材料碳纤维布，Sheet碳纤维板，Plate碳纤维密度1.6~2.18g/cm3，抗拉强度1~7GPa，弹性模量100~800GPa，单丝直径5~7微米，每束1K~24K根单丝一、CFRP片材片材，Laminate

丝束布材板材棒材优点：轻质高强重量轻（密度比铝小），强度高（为钢材的10倍）；防腐蚀与混凝土粘结性能好（承受压应力不会剥落），抗疲劳性能优良不增加恒载及断面尺寸；不减少桥下净空施工方便，成型方便，可适应不同构件形状环氧树脂黏结，不需要锚固螺栓，对原结构无新的损伤能灵活应用于混凝土结构的抗弯、抗剪、抗压加固缺点：现场施工质量受环境影响：温度、湿度一、CFRP片材一、CFRP片材FRP片材代替钢板加固始于20世纪80年代德国，Kattenbusch大桥（1986-87）瑞士，Ibach桥，1991美国，洛杉矶2号、5号公路桥梁的桥柱，经FRP修补后经历了1994年北岭大地震而完好如初日本，FRP围束补强RC桥柱、梁板及烟囱，1995中国，建筑物加固，19981994年美国洛杉矶大地震，1995年日本阪神大地震，粘贴FRP片材的加固方法广泛应用于桥梁、高层建筑抗震、防震的加固补强方面一、CFRP片材规范标准JTG/TJ22－2008：公路桥梁加固设计规范，交通运输部JTG/TJ23－2008：公路桥梁加固施工技术规范，交通运输部GB50367－2006：混凝土结构加固设计规范，建设部JT/T532－2004：桥梁结构用碳纤维片材，交通部CECS146－2003：碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程，中国工程建设标准化协会连续纤维材料补强加固混凝土结构物的设计及施工规程，日本土木工程学会，1996ACICommittee440-F.GuidelinesfortheSelection,DesignandInstallationofFiberReinforcedPolymer(FRP)SystemsforExternallyStrengtheningConcreteStructures.1999二、设计方法一般规定可用于钢筋砼受压柱加固，提高承载力、延性、耐久性可用于钢筋砼梁、板加固，提高抗弯、抗剪承载力

仅发挥30%的强度性能 预应力砼构件发挥性能更低 预应力CFRP粘贴CFRP加固时纤维方向沿 混凝土最大主拉应力方向二、设计方法一般规定不能用于素混凝土构件的加固不能用于配筋率低于《桥规》最小配筋率构件的加固不能用于提高刚度的加固不能用于受冲剪作用和支座局部承载力不足构件的加固对加固结构的混凝土强度有要求，以保证黏结效果，防止过早出现CFRP剥离破坏，如果CFRP用于封闭裂缝，则无要求 受压柱：不低于C15

梁板：不低于C25加固时卸除部分荷载可提高加固效果，必须限制活载二、设计方法一般规定加固设计计算，必须进行分阶段受力和整桥结构验算，保证新旧结构强度、变形、稳定性等满足《桥规》加固后构件的承载力由原构件受拉钢筋（预应力钢束）或受压混凝土的强度控制，而不是CFRP的强度对受弯构件，加固后的承载力提高幅度不宜超过40%，防止斜截面剪切脆性破坏先于正截面弯曲破坏发生必要时采用可靠的锚固措施： 粘贴CFRP压条，锚栓锚固钢板压条、角钢 构件达到承载能力极限状态时，CFRP与混凝土之间不发生黏结剥离破坏二、设计方法受压构件加固轴心受压构件：可采用全长无间隔环向 连续粘贴CFRP加固，即环向围束法圆形截面最有效，椭圆形次之，矩形最差环向围束的有效约束系数圆形截面柱：长细比l/D≤12矩形截面柱：长细比l/b≤14，截面高宽比h/b≤1.5

且截面棱角经圆化打磨，防止CFRP应力集中发生破坏墩柱延性加固：提高抗震性能CFRP环向围束，等同于附加箍筋，提高体积含筋率二、设计方法大偏心受压构件加固在受拉面粘贴CFRP，承担部分拉应力纤维方向与柱纵轴线方向一致受拉构件加固轴心受拉构件：CFRP等同于附加受力钢筋大偏心受拉构件：在受拉面粘贴CFRP，承担部分拉应力二、设计方法受弯构件加固对加固前、加固后两个阶段进行受力计算 加固前：恒载+施工荷载 加固后：恒载+活载达到受弯承载能力极限状态时，按平截面假定确定CFRP的拉应变，且其本构方程为线弹性关系构件达到承载能力极限状态时，CFRP与混凝土之间不发生黏结剥离破坏二、设计方法受弯构件加固正截面抗弯加固：在受拉面粘贴CFRP，承担部分拉应力，等同于附加受力钢筋二、设计方法受弯构件加固斜截面抗剪加固：CFRP纤维方向平行于最大主拉应力方向达到最大加固效果，通过承担部分拉应力达到减轻混凝土剪应力的目的采用封闭式粘贴或U形粘贴时，纤维方向与构件轴线垂直二、设计方法构造要求CFRP粘贴成条带状，纤维布不超过3层，纤维板不超过2层碳纤维布沿纤维受力方向搭接长度大于100mm，搭接平顺、无翘曲搭接位置避开构件应力最大区域，且相互错开超过200mm碳纤维板不能搭接CFRP绕过构件外倒角时打磨成圆弧面 圆化半径：梁不小于20mm，柱不小于25mm主要受力CFRP不能绕过内倒角二、设计方法r构造要求多层粘贴时，按内短外长式逐层截断，并且在端部施加压条，防止应力集中引起的端部剥离破坏二、设计方法≥200mm第一层第二层第三层构造要求斜截面抗剪加固时，采用环形箍或加锚固的U形箍仅构造要求时，可采用一般的U形箍U形箍纤维受力方向与构件轴向垂直可在梁的中部增设一道纵向中压带二、设计方法柱的加固沿柱轴向粘贴CFRP加固时，两端设置锚固措施，锚固长度足够环形围束对柱进行延性加固：条带粘贴成环形箍，纤维方向与柱的纵轴线垂直环向围束的CFRP层数，圆形截面不少于2层，矩形截面不少于3层各条带搭接位置相互错开环向围束上下层之间搭接宽度≥50mm，端部富余超过200mm的安全长度二、设计方法梁、板的加固梁进行抗弯加固时，CFRP粘贴在混凝土受拉区底面，侧面粘贴时不高于1/4梁高两端设置U形箍或横向压条切断位置距强度充分利用截面的距离足够，不小于黏结长度ld二、设计方法梁、板的加固当CFRP延伸到支座边缘仍不满足黏结长度ld时，采取锚固措施：对于梁：延伸长度范围内至少2道U形箍对于板：延伸长度范围内至少2道压条当CFRP黏结长度低于ld/2

时，采取附加机械锚固措施二、设计方法动态施工原则施工前： 结合桥梁检测报告、加固设计，对加固桥梁技术状况、病害情况进行复查，并报送业主、设计单位 如果发现严重缺陷或与设计不相符的情况，通知设计单位修改方案施工中： 注意异常响应，若出现异常变形、裂缝有较大较快发展，应立即停止施工，采取有效措施进行处理完工后： 检验加固效果，特大桥和技术复杂桥梁进行荷载试验三、施工技术施工准备技术交底、桥梁复查材料检验： 特别是CFRP、黏结胶性能及适配性检验 材料是否满足施工、使用环境的要求仪器标定、设备校验三、施工技术施工组织设计注意环境温度、湿度对施工的影响 温度高于5ºC，相对湿度低于90%注意交通组织对施工的影响注意交通堵塞等突发事件的应急预案注意施工人员的安全保护、健康保护注意环境保护三、施工技术施工安全与环境保护配制黏结胶的易燃原料密封保存，远离火源配胶、用胶场所通风良好，严禁吸烟、明火取暖使用强光灯泡、碘钨灯照亮时，采取灯管加罩保护的安全措施，以防止灯管爆炸而引起火灾现场施工人员应穿工作服，戴安全帽，同时还须佩戴口罩和手套注意CFRP为导电材料： 裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源，尤其是高压电线及输电线路施工现场不进食、不吸烟。离开现场前应洗手，皮肤沾有浆液的，可用热水、肥皂或酒精溶剂擦干净。黏结胶贴着皮肤时，可先用锯木面、砂或去污粉擦去后，再用热水冲洗干净，不得用丙酮等渗透性较强的溶剂洗涤，防止有毒物质深入皮肤三、施工技术施工安全与环境保护施工单位必须具备特种工程资质加固施工严禁对桥梁结构的损伤，特别是施工平台的搭设加强与交管部门的联系，尽量减小交通管制对社会的影响交通管制标志、施工标志等安全设施齐全、规范夜间施工的安全保障措施粘贴CFRP用于结构加固时必须封闭交通，若仅为封闭裂缝则可开放交通，但应采取限载、限速措施，并充分利用交通量较小或夜间时段组织施工工地配备消防设施完工后工地现场和桥梁结构内不能遗留有害化学物质保护生态环境三、施工技术施工流程施工准备、桥梁卸载底层处理涂刷底胶涂刷浸渍胶或粘贴胶粘贴CFRP表面处理三、施工技术施工工艺要点底层处理裂缝修补胶灌注裂缝根据设计放线定位清除混凝土表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化部分用修补材料将混凝土表面凹凸部位修复平整打磨，混凝土浮浆层打掉，露出骨料阳角、阴角打磨成圆弧状清洁处理，可用吹风机清洁处理，再用棉纱蘸丙酮擦洗

三、施工技术施工工艺要点底层处理胶黏剂开始施工后严禁湿作业渗水处必须先采取防水措施，完全干燥后才能施工雨天或空气潮湿条件下不能施工，如确需在潮湿的构件上施工，必须烘干构件表面，或使用专用的胶黏剂施工在5~35℃环境温度条件下进行，环境温度低于5℃时使用适用于低温环境的配套树脂或采用升温处理措施三、施工技术施工工艺要点底层处理三、施工技术施工工艺要点涂刷底胶按产品供应商提供的工艺规定配制底胶主剂与固化剂在包装桶内分别搅拌均匀，然后置于洁净容器中，精确称重计量（重量比）电动搅拌器均匀搅拌约3分钟，至色泽均匀为之沿同一方向搅拌，避免混入空气形成气泡根据现场气温决定用量（<1.5kg）并严格控制使用时间三、施工技术施工工艺要点涂刷底胶用一次性软毛刷或特制滚筒将底胶均匀涂抹于混凝土表面，不得漏刷、流淌、有气泡，用塑料刮板修正毛刺、流淌底胶表面的毛刺用砂纸打磨平顺若胶层磨损，应重新涂刷底胶指触干燥后即可进行下一工序，若涂刷时间超过7d，应清除原底胶重新涂刷 指触干燥：手指触摸表面，有凝胶感但不粘附皮肤注意保持施工平台整洁，防止漂浮灰尘黏附在胶层表面三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维布根据设计放线定位，多层粘贴时注意区分各层的位置按设计要求的尺寸，裁剪碳纤维布，呈卷状妥善摆放并编号 注意保留搭接长度，搭接位置避开主要受力区混凝土表面再次擦拭清洁，确保粘贴面无粉尘按工艺规定配制浸渍胶，均匀涂刷于所要粘贴的部位，做到胶体不流淌，不出控制线粘贴碳纤维布，遵循立面由上到下、仰面从一端到另一端的顺序进行，用专用滚筒顺纤维方向从一端向另一端多次滚压，挤除胶体与纤维布之间的气泡，使浸渍胶充分渗入纤维布，浸润饱满三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维布滚压起始端需要人工牢固固定碳纤维布滚压时不得往返滚压，不得损伤碳纤维布选用的滚筒在滚压过程中不产生静电，防止拉扯纤维丝多层粘贴重复上述步骤，在纤维表面浸渍胶指触干燥后立即进行下一层的粘贴；最后一层碳纤维布粘贴结束后，纤维表面浸渍胶指触干燥后均匀涂抹一层浸渍胶，自然风干做防护面层检查粘贴质量，翘曲、空鼓部位处理三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维布三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维板根据设计放线定位，多层粘贴时注意区分各层的位置按设计要求的尺寸，裁剪碳纤维板混凝土表面再次擦拭清洁，确保粘贴面无粉尘将碳纤维板表面擦拭干净至无粉尘；如需粘贴两层时，对底层碳纤维板两面均应擦拭干净按工艺规定配制粘贴胶，擦拭干净的碳纤维板立即涂刷粘结胶，胶层呈突起状，平均厚度不小于2mm将涂有粘结胶的碳纤维板用手轻压贴于需粘贴的位置。用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实，使树脂从两边溢出，保证密实无空洞三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维板当平行粘贴多条碳纤维板时，两板之间空隙应不小于5mm需粘贴两层碳纤维板时，应连续粘贴。如不能立即粘贴，再次开始粘贴前应对底层碳纤维板重新做好清洁工作检查粘贴质量，端部翘曲、空洞部位处理粘贴碳纤维板加固时不能搭接，按设计尺寸一次下料三、施工技术施工工艺要点粘贴碳纤维板三、施工技术施工工艺要点表面处理表面防紫外线辐照、防火处理，保证防护材料与碳纤维片材之间有可靠的黏结色彩美观处理三、施工技术三、施工技术三、施工技术施工质量动态控制CFRP、胶黏剂进场前性能检验