工程碳纤维加强混凝土梁施工的加固问题及控制要点

华正新-马鞍山工程碳纤维加强混凝土梁施工的加固问题及控制要点TOC\o"1-3"\h\u9586摘要 220482第一章绪论 3305821.1碳纤维加强混凝土梁的发展历史 3204501.2碳纤维加强混凝土梁研究现状 4198991.3碳纤维加强混凝土梁的研究目的和意义 89349第二章碳纤维材料加强混凝土粱的施工概况及特点 9158912.1工程概况 9109672.2碳纤维加强混凝土梁的承载力性能 9160482.3碳纤维加强混凝土梁的结构性能 108555第三章碳纤维材料加强混凝土梁的施工方案 12226173.1碳纤维加强混凝土梁的施工要求 12103373.1.1施工工艺及安全措施 12254063.1.2胶粘剂的选择 13218793.1.3粘物的表面处理 14274673.1.4粘贴的工艺要求 1596053.2碳纤维加强混凝土梁的施工步骤和施工过程 16413.3碳纤维加强混凝土梁的施工要点 187926第四章碳纤维加强混凝土梁施工的加固问题及控制要点 1957214.1碳纤维加强混凝土梁施工的加固要点 19217604.2碳纤维加强混凝土梁施工的加固材料技术特点 2025684.3控制要点 2014762第五章碳纤维材料加强混凝土梁质量控制 2265345.1施工质量检验 22237705.2阻锈剂安全性能 237313结论 2426887致谢 259930参考文献 26摘要近年来,我国高层建筑迅速发展,需要多种结构类型及形式满足高度、功能、节约材料及降低造价等方面的要求。钢管混凝土因具有承载力高、抗震性能好、节约钢材等突出的优点,能有效改善结构抗震性能、减小构件尺寸、提高建筑的综合经济指标,在高层建筑和其它结构体系中得到广泛的应用。钢管混凝土柱与单纯的钢结构和混凝土结构相比,其施工工艺较为复杂。本文从钢管柱制作、组装、吊装和混凝土浇注等方面阐述了其施工技术要点,并对节点部位的施工进行了详细的描述。关键词:碳纤维；加强混凝土梁；加固第一章绪论1.1碳纤维加强混凝土梁的发展历史随着我国国民经济的不断发展,交通运输量大幅度增长,公路交通在国民经济中的作用和地位愈来愈显著地为人们所重视。据统计,到2000年底,我国己有通车里程167.98万公里,高速公路总里程达1.6285万公里(未计入台湾省),公路密度达到17.5公里/百平方公里,为1978年的1.86倍。通车里程居世界第二位,仅次于美国。目前已建成的永久性公路桥梁22.5万余座,桥梁总长800余万延米[l]。据不完全统计,我国已建成的主跨在200米以上的公路、城市、公铁两用桥近100座,主跨在400米以上的有30座,主跨在600米以上的有12座,已建成和将建成的一批特大跨径桥梁的科技含量高,技术复杂,施工难度大。也就是说,我国桥梁建造技术已进入世界先进水平的行列。另一方面,我国公路桥梁的养护、维修、加固及技术改造有待进一步加强。据初步估计,我国公路桥梁约有1/3处于3、4类的状况。除此之外,属荷载标准低、桥面宽度窄、不能满足通行要求的约占桥梁总长的150k。以桥梁大省湖北省为例,桥梁总长约50余万延米,其中3、4类桥梁约为巧万余延米,而无法满足通行要求的达18万延米。又以重庆市为例,据不完全统计,2001一2003年重庆市已加固改造了52座旧危桥,投入加固改造资金3280万,平均每座桥加固费为63万元。目前尚存四类危桥143座,承载能力不足,函待提高荷载等级的旧危桥601座,占重庆市现有180。多座桥的40%以上。总体来说,公路桥梁的主要技术缺陷有以下几个方面:设计荷载标准偏低,承载能力不足。早期建造的桥梁,特别是20世纪60年代、70年代建造的桥梁,设计荷载大多在汽车一巧级以下,有的是汽车一13级,有的甚至在汽车一10级以下。随着交通量的增加和荷载等级的提高,原有的桥梁已经无法满足现今交通的需要,有些桥梁己经出现严重的病害,有些桥梁则呈出现病害的可能。通行能力不足。主要表现在桥面宽度不足;桥梁平面线形、纵断面线形标准太低;桥上通车净空或桥下通车净空不足。»人为及自然因素引起结构的损坏。比如超出设计的洪水、泥石流、浮冰、冰冻、地震、强风、船舶撞击,河道不恰当开挖,桥梁基础下的岩溶、矿山坑道等,引起桥梁结构的局部损坏。1.2碳纤维加强混凝土梁研究现状当桥梁结构物无法满足承载能力、通行能力(如荷载标准提高、原结构严重损伤从而使承载能力降低、桥面过窄妨碍车辆畅通)、防洪等要求时,则需对桥梁结构进行必要的加固、拓宽等技术改造。桥梁加固改造是一项十分重要而又极具将专业知识灵活运用的工作,即将专业的基础理论与实际己有病害的桥梁结构结合在一起,需要考虑的因素将涉及到方方面面的问题。从某种意义上讲,无论是加固改造方案的拟定与设计计算,还是加固改造的具体实施,其难度往往比新建桥梁还大。1.2.1碳纤维加固技术碳纤维又称增强复合材料(earbonFibe:ReinforcedPlastic,简称eF即),是60年代以来随着航天工业等尖端技术对复合材料的苛刻要求而发展起来的新材料,具有耐腐蚀、高强、弹性模量与钢相近和抗疲劳性能好等优点,由于其价格比较高,70、80年代期间,碳纤维主要用于航天航空等高技术领域。近年来,随着碳纤维产量的不断提高,碳纤维复合材料在工程结构加固维修中的应用日益广泛,而用粘贴eF即板或FRP布代替粘贴钢板的研究始于80年代末。1989年日本土木学会(JSCE)连续纤维增强混凝土委员会正式成立,1995年成立了为期2年的FRP专业委员会从事此项技术的研究,1996年日本建筑学会也成立了专业委员会以开展关于该技术的推广应用工作。以上努力促使日本成为F即加固技术研究应用比较领先的国家,并已完成了关于连续纤维片材加固、维修混凝土结构的相关规程。尽管如此在1994一1995年之前,大量的研究工作还局限于室内试验研究,实际工程的加固实例很少,直到1995年1月日本阪神淡路大地震之后,随着人们对大量老化结构存在缺陷认识的不断深入,FRP加固技术受到了广泛重视,促使这一新型加固技术在实际工程中得以大规模应用。之后,因该技术施工较为便捷、无污染等等优点,以致短时间内用量剧增,碳纤维片材的年使用量从1993年的6吨增加到x996年的125吨,到1997年已迅速增至250吨。同时,加固对象也由初期的柱型结构的抗震加固转为房屋、桥梁的梁板结构的补强加固,并已有了指导性的桥梁加固施工、设计规范。在美国,关于eF即加固混凝土结构技术的研究同样非常活跃。美国混凝土协会(ACI)成立了FRP专业委员会(ACI440F),并于1993年在加拿大温哥华召开了第一届FRP增强钢筋混凝土结构技术国际会议(F即RCS一1)。同时,随着国家科学基金(NSF)对F即片材加固技术研究项目的资助,取得了非常丰富的研究成果,并有大量的工程实例见诸报道。其研究应用成果在ACI440F上做了总结,目前己形成指导加固设计施工的指南并已结合混凝土桥梁设计规范进行了必要的研究。在加拿大,由于冬季非常寒冷以及广泛使用防冻盐而导致大量的混凝土结构严重劣化,对FRP加固混凝土结构技术的研究广为重视,并成立了一个与FRP增强与维修土建设施有关的国家重点研究基地。众多的研究机构将研究重点放在了FRP加固混凝土结构的应用技术研究方面[9],其研究内容包括混凝土梁、板、柱等各类结构的补强加固、耐久性修复、FRP在寒冷地区的特性、加固结构的疲劳特性以及FRP加固野外工程的监控。因此,尽管加拿大1990年才开始研究FRP加固修复混凝土结构技术,但在这一领域的研究水平已经处于领先地位,加拿大桥梁设计规范(1998年版)己将该新型结构加固技术纳入其中=.O]。在欧洲,FRP加固混凝土结构的研究与应用也非常活跃,该技术已被瑞士、奥地利、意大利、比利时、希腊、法国和德国等众多国家采用,已有大量的加固维修实例。如瑞士的Sika公司采用该技术加固的混凝土工程已经超过1000项,其加固施工的代理公司分布于许多国家。我国是在19%~1997年开始对碳纤维增强复合材料加固混凝土结构技术进行研究的,并于1998年开始了实际工程的应用,但该技术用于公路桥梁的加固维修还是最近几年才开始的。截至目前为止,国内已有众多研究单位参入了此项研究工作,起步较早一的有国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心、中国建筑科学研究院、四川建筑科学研究院,清华大学、东南大学、天津大学等。通过国内学者数年的努力,粘贴碳纤维片加固设计、施工规程己经编制完成,部分己经颁布实施。然而,鉴于粘贴碳纤维布加固构件受力机理的复杂性以及破坏形态的多样性,同时考虑到实际加固结构不同的破损特点及受力特点,仍有许多问题需要解决,以便完善现有加固规程并为行业加固规范的编制积累数据,因此,近年来仍有大量的学者在从事该项加固技术的应用研究。近年来,大连理工大学结合山东省交通厅科研项目/碳纤维复合材料(CFRP)在桥梁加固中的应用研究、辽宁省交通厅科研项目/桥梁加固改造新工艺、新技术研究以及高校博士点基金项目/玻璃纤维加固钢筋混凝土柱的试验研究0,开展了针对公路桥梁破损特点的粘贴碳纤维布加固技术的室内试验与野外试验相结合的卓有成效的研究工作,取得了丰富的研究成果。研究内容涉及粘贴碳纤维布抗弯、抗剪加固钢筋混凝土梁的受力性能、一加固柱的受力性能以及碳纤维加固混凝土结构的基本材料力学性能和长期受力性能等方面的研究,从而成为国内少数比较全面、系统、长期地研究该技术的科研单位之一。下面分别介绍国内外在粘贴碳纤维片材加固钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪性能以及剥离机理等方面研究概况。1.2.2粘贴碳纤维片在抗弯加固领域的研究现状粘贴碳纤维片加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究是近十年来最为普遍的,国外在该领域的研究起步较早,相应的研究成果较多,其中早期的研究成果主要以完整梁的抗弯加固受力性能为主[l/一22]。研究手段大都采用加固钢筋混凝土小梁室内试验,通过与参考梁的对比,分析粘贴碳纤维布对加固钢筋混凝土试验梁抗弯强度、跨中挠度、受拉钢筋应变、裂缝宽度与形态以及破坏模式的影响,从而对粘贴加固效果做出合理的评价。在现有危旧桥梁中,抗弯不足的钢筋混凝土受弯构件占了主要部分,是危旧桥梁加固改造面临的主要矛盾,是各省公路管理部门近期解决的重点加固对象。对在役钢筋混凝土桥梁而言,加固主要解决两类问题,一是因桥梁使用功能改变如提高荷载等级而导致原结构承载能力不足,二是因桥梁设计标准低或超载车辆过多以及受力构件钢筋锈蚀、混凝土劣化等因素导致的结构性破损。经过多年的运营,这两类桥一般都是带裂缝工作的,前者由于只是经受正常荷载作用或超载并不严重,车辆荷载通过后,裂缝几乎可以闭合,而后者的承载潜力相对降低,在经常的超载作用下,裂缝区的钢筋因长期处于高应力状态而发生徐变。即使桥上没有车辆荷载通过,裂缝也不会全部闭合,即存在一定宽度的残余裂缝,属破损的钢筋混凝土梁。而国内外对预裂梁的研究成果比较少,且没有对试验梁在加固前后基于正常使用状态下的受力性能进行有效的对比性研究,因此难以解释实际桥梁的加固效果。尽管存在以上不足,少量的基于预裂梁的研究成果仍为该技术在桥梁加固领域的应用具有积极的一指导意义。下面根据研究目标的不同,分别介绍国内外研究者在预裂梁加固方面所取得的进展。MA.Shallawy等人(19%年)做了预裂板抗弯加固的足尺试验研究,试验包括一根4.65m的实心板和一根6.75m的空心板,两根试验梁均预加载至近极限荷载后卸载,粘贴碳纤维布后再加载至破坏,但由于实心板预加载程度太大,加固后的极限荷载小于最大预裂荷载,加固前后试验数据的可比性较差,尽管一定程度上说明了粘贴碳纤维片对严重破损梁具有极好的加固效果,却未能就加固前后的刚度改善程度及强度提高幅度得出很好的结论。MarcoAiduini(1997年)研究了粘贴碳纤维布加固预裂梁的受力性能,试验包括18个试件,其中9根模拟了加固板(板长1.5m,高宽比小于1/2)的受力性能,9根模拟了梁(梁长2.4m,高宽比大于2)的受力性能。针对每一组试件,研究者对参考梁(板)、加固完整梁(板)、加固预裂梁(板)的变形、应变水平、极限荷载等进行了对比。研究结果证实了粘贴碳纤维布加固预裂梁是可行的,并且初始裂缝的存在不影响加固效果。然而,由于只是针对预裂与完整的比较且预加载程度很小(仅30%屈服荷载),未涉及预裂程度等因素的影响,同时,试验过程中,大部分试件最终发生了剥离破坏,削弱了试验数据的可比性,影响了加固效果的分析。TomNorriS等人(1997年)的研究也涉及到预裂梁加固后的受力性能问题,但未能得出令人满意的结果[l7]。Vi咖t一vadakan以及Morin(1997年)进行了相似的试验研究,粘贴碳纤维布前,先将试验梁进行预裂,预裂程度以挠度控制(预加载至极限挠度的1/240),但其试件尺寸较小(仅0.9m),未能对预裂梁的研究提出有益的结论。1.2.3碳纤维加固在国内的研究现状我国从1997年才开始对CFRP加固维修补强土木结构方面进行研究,但发展势头迅猛,进展飞快。国内己有很多科研部门和高等学校对碳纤维的加固技术从不同的方面进行各种试验研究,并撰写了很多高质量的论文和积累了丰富的资料。其研究内容有梁、柱、板等构件用碳纤维补强加固的作用效果和机理,以及节点、构造连接、耐久性、CFRP即的应用等方面。在材料生产方面,目前国内虽有少量CF即生产,但碳纤维片材的匀质和低树脂含量等关键技术上与国外相比尚有很大差距,对材质性能难以保证。粘结用的树脂,是根据不同部位的使用功能和使用条件来选用不同的型号、不同的性能指标的环氧树脂。修补树脂用于填补不平,易于和混凝土结合,有很高的粘结强度。而我国现在还没有上述的专用环氧树脂,国产的环氧树脂性能单一,与国外产品相比差异较大。为保证工程质量和碳纤维片材的补强效果及耐久性,碳纤维材料和专用的环氧树脂目前主要仍需从日本、美国等国外进口。1.3碳纤维加强混凝土梁的研究目的和意义目的：面对建筑材料发展中不断产生的新问题，建材研究工作者不断寻求新的解决方案。纤维增强水泥、纤维增强混凝土这一类复合材料发展很快，用石棉纤维、钢纤维和玻璃纤维增强混凝土的复合材料在工程中有了广泛的应用。但是由于石棉纤维有害健康，钢纤维易锈蚀，玻璃纤维不耐碱腐蚀的缺点，使人们认识到寻求代替钢筋的新型增强材料仍然任重而道远。意义：钢筋混凝土梁在受力过程中,可能会产生弯曲破坏,剪切破坏,或者是在弯矩和剪力共同作用的区段产生斜截面破坏。为了使梁继续工作往往需对其进行加强,使其裂缝不再开展,并增强共抗弯、抗剪能力。由于碳纤维布优异的物理力学性能,在对混凝土梁进行加强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加强的目的。第二章碳纤维材料加强混凝土粱的施工概况及特点2.1工程概况马鞍山工程碳纤维加强混凝土梁施工项目大桥位于渝合高速公路上,分为左右两幅桥,分离式路基。左幅位于K23+613一K24+000,桥长387.0m,桥宽12.sm,右幅位于K23+637一K24+084,桥长447.0m,桥宽13.0m。左右幅桥平面位于直线、缓和曲线(R=465.0m,Ls=200.0m,T=314.I06m)及R=165.0m圆曲线内,纵面位于11=+0.66%,RI=9800.0m,TI=174.4lm,EI=1.55竖曲线及12=+0.4%,R2=10000.0m,T2=169.91m,E2=1.44竖曲线内,桥面纵坡由墩台帽标高调整。桥面横坡为渐变超高,坡度由一2.00k(右幅2.006)渐变到6.006,超高变化率由腹板高度调整。左幅桥面横向布置为2X0.25In(防撞护栏)+12.0m(车行道),右幅桥面横向布置为2x0.25m(防撞护栏)+12.5m(车行道)。桥梁上部结构左幅按24m+10x30m+24m,右幅按24m+12x30m+24m布置,主梁为现浇钢筋混凝土连续箱梁,左幅箱梁全长347.64m,右幅箱梁全长407.52m。箱梁为单箱双室断面,箱梁顶板厚0.20m,底板厚0.18m,腹板厚采用变截面,从墩台顶附近开始,箱梁中腹板由0.7m逐渐变化到0.3m,箱梁边腹板由0.7m逐渐变化到0.4m,腹板设有中5cm通气孔,底板设有中5cm泄水孔。桥梁下部桥墩左右幅1号~4号墩及右幅H号一13号墩为单柱式小250cm圆墩,其余为双柱式中180cm圆墩,钻(挖)孔灌注桩基础,桥台均为石砌重力式U型桥台,明挖扩大基础。左右幅桥两岸桥台处支座采用QZ系列化球形支座。桥面铺装采用5cm厚40号防水钢筋混凝土+6cm厚沥青混凝土。全桥箱梁为1联,仅在两岸桥台处设置QMSF一240型钢伸缩缝,防撞护栏采用钢筋混凝土防撞护栏。马鞍山工程碳纤维加强混凝土梁施工项目大桥于2002年3月竣工,桥梁设计荷载为/汽车一超20、挂车-1200。设计洪水频率为1/100,地震烈度为VI度。2.2碳纤维加强混凝土梁的承载力性能为了全面研究CFRP布加固钢筋混凝土梁抗剪受力性能，参考12根碳纤维布补强加固钢筋混凝土梁的试验，分析了CFRP布加固钢筋混凝土梁斜截面的破坏过程、破坏机理、及其影响因素等，其次在试验结果的基础上对用CFRP布加固钢筋混凝土梁的抗剪理论作了简单探讨、具体结论归纳如下：1.碳纤维布加固钢筋混凝土梁受剪跨比、混凝土强度和配箍率等因素影响。2.试验研究证实，粘贴碳纤维条后，试验梁的开裂荷载和受剪承载力都明显提高，其中受剪承载力的提高更为显著。3.碳纤维布对提高梁的受剪承载力的作用机理与箍筋相似。碳纤维条的宽度越大、间距越小、粘贴层数越多,其作用也越明显,梁的抗剪承载力提高得越多。但在碳纤维用量相同的情况下，碳纤维条间距较小者加固效果好。4.碳纤维布在提高钢筋混凝土加固梁抗剪承载力的同时,还可以提高梁的整体刚度，改善构件的变形性能，增强构件的变形能力。改善了原有混凝土梁剪切破坏的脆性性能（用碳纤维条加固后的钢筋混凝土梁,在斜截面破坏发生之前都有碳纤维条的撕裂、起鼓和起皱等破坏预兆）。5.在理论分析的基础上，提出了CFRP布加固钢筋混凝土梁受剪承载力计算公式，可供工程设计参考。CFRP布加固混凝土结构作为一种简便有效的结构加固方法，在土木工程加固领域具有极广泛的应用前景。但在实际工程中对诸如粘结胶的耐久性、粘贴层数的量化、动载作用下其加固性能等问题仍有待进一步的研究。2.3碳纤维加强混凝土梁的结构性能碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料，是以有机纤维——聚丙烯晴（PAN）纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成，由有择优取向的石墨微晶构成，因而具有很高的强度和弹性模量（刚性）。它的比重一般为1.70g/cm3～1.80g/cm3，强度为1200MPa～7000MPa，弹性模量为200GPa～400GPa，热膨胀系数接近于零，甚至可为负值（～1.5×10-6）。碳纤维同时具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能。这些优良的综合性能使碳纤维成为先进复合材料最重要的增强纤维，可以用来增强聚合物（热固性、热塑性聚合物）组成高性能聚合物基复合材料；增强铝、镁、铜等金属组成碳/铝、碳/镁、碳/铜等金属基复合材料；增强碳、陶瓷组成耐高温的陶瓷基复合材料。碳纤维复合材料可以通过基体、纤维的选择、碳纤维含量和分布的优化设计做成性能能够满足多种要求的各种高性能构件。第三章碳纤维材料加强混凝土梁的施工方案3.1碳纤维加强混凝土梁的施工要求3.1.1施工工艺及安全措施在碳纤维片加固施工前,应尽可能地卸去部分荷载,使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷载作用减小到最小程度。其加固施工工序为:混凝土基底处理一涂底层涂料一用环氧腻子进行残缺修补一贴碳纤维片一养护一涂装~完工验收。1混凝土基底处理(l)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,所使用的方法有压力灌胶法等。(2)将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净,达到结构密实部位,并使其表面平整。»检查外露钢筋是否锈蚀"如有锈蚀,需进行必要处理。(4)对经剔凿清除处理的构件和露筋构件的残缺和不平整部分,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涂底层涂料()l把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内,用搅拌器搅拌均匀;一次调和量应在可使用时间内用完。(2)用滚筒刷均匀地将底层涂料涂刷于混凝土表面,指触干燥后(一般养护3~24小时)才能进行下一道工序的施工。(3)底层涂料指触干燥或固化后,表面上的凸起部分(一般类似结露的露珠一样)要用砂布或角磨机磨平。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,并修复至表面平整、顺滑。(2)内角(段差、起拱等)要用环氧腻子填补,使之平顺"用腻子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙纹,应再用砂纸打磨平整。4粘贴碳纤维片(1)树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确,装入容器用搅拌器均匀搅拌"一次调和量应在可使用时间内用完。(2)纤维片材长度方向的接头必须搭接IOmc以上"该部位应多涂树脂,脱泡、树脂操作按正常进行"在片材宽度方向不需要搭接。(3)贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用环氧树脂,称为下涂贴片时,在纤维片和树脂之间尽量不要有空气"可用罗拉(专用工具)沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次,使树脂渗浸进纤维中。(4)纤维片施工30分钟后,用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂,称为上涂。如需多层粘贴则重复此阶段之()l一(4)步骤,并保证底层粘贴的碳纤维片上涂已指触干燥,才能粘贴下一层。(5)最后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀、周边整齐。5养护()l碳纤维片施工后,应进行养护,保证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、有雨淋或可能存在人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护。6表面涂装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在抹灰后涂刷常规涂料。3.1.2胶粘剂的选择在进行了裂缝处理（对于裂缝宽度大于等于0.15MM的裂缝采用“壁可”注入法进行压浆修补；裂缝宽度小于0.15MM的裂缝采用封闭法进行修补。）后，需要粘贴碳纤维布的地方，方可进行粘贴碳纤维的加固处理：碳纤维施工温度不得低于5℃，碳纤维粘贴前应先对梁体存在的病害进行处理，包括钢筋阻锈处理、混凝土破损修补以及裂缝的封闭处理；碳纤维布材料规格：单层厚度为0.167mm,幅宽宽度25cm，带30g/m2玻璃纤维贴面，抗拉强度≥3500Mpa，抗拉弹性模量≥23×104Mpa，主要力学性能指标参照现行国家标准《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》CECS146：2003；粘结材料的性能是保证碳纤维布与混凝土共同工作的关键，也是两者之间传递途径中的薄弱环节，因此粘结材料应有足够的刚度与强度以保证碳纤维布与混凝土间剪力的传递，同时应有足够的韧性，以免因混凝土开裂导致脆性粘结破坏；粘贴材料应能在一般气候条件下固化，且固化时间合适(一般保证有3小时左右)，同时应对水分含量不敏感，具有适宜的流动性和粘度，固化收缩率小；碳纤维布修补所用底层树脂、找平材料、浸渍树脂或粘结树脂应采用与碳纤维布相配套的材料；由熟悉该技术施工工艺的专业施工队伍承担；认真阅读设计图纸，根据施工现场和加固构件混凝土的实际状况，拟订施工方案和施工计划；施工前应对粘贴部位混凝土的表面含水率及所处环境温度进行测量，若混凝土表层含水率＞4%或环境温度＜5℃，则应采取措施，在达到要求后方可进行施工；清除被加固构件表面的剥落、疏散、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，漏处混凝土结构层，并按照混凝土修补的相应技术要求进行修补，平整度应达到5mm/m，并对加固区域裂缝按相应技术要求进行封闭处理；被粘贴混凝土表面应打磨平整，除区表面浮尘、油污等杂质，直至完全漏出混凝土结构基面，转角粘贴处应进行导角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm；混凝土表面应清理干净并保持干燥；底层涂料(涂底胶)在处理好的混凝土表面涂一层很薄的底层胶，既增强混凝土表面强度，又可以改进胶结性能，从而使得混凝土与碳纤维布之间粘贴性得以提高。通常要求底胶必须具有很低的粘度，和混凝土良好的粘结性能，以便于涂刷在混凝土表面后，粘结剂渗入混凝土结构中。①、算出所涂面积底层树脂用量，视现场气温等实际情况，确保在使用期内一次用完，按底层树脂规定的比例把底角混合搅拌均匀；②、用滚筒刷或毛刷均匀，无遗漏地底胶涂在需补强的混凝土表面，底胶涂布边面界应不小于所粘贴的碳纤维布大小；③、等底胶胶指触干燥(视施工现场气温情况，一般需1小时左右)后，如发现表面有突起毛刺，应用纱布打磨光顺，但注意不能将底胶层打磨穿，如有打磨穿的局部应重复以上操作步骤。3.1.3粘物的表面处理浸渍树脂(粘贴主胶)粘贴碳纤维布浸渍树脂在粘贴材料中起着至关重要的作用，它连接底胶与碳纤维布，它的粘读度应控制在一定范围，有利于浸渍树脂顺利的将碳纤维布粘附于混凝土表面，经过碾压使浸渍树脂很容易浸透碳纤维布，形成一个复合整体，共同抵抗外力作用。①、按实设计要求的尺寸裁剪碳纤维布，注意不要在幅宽方向裁剪，粘贴时注意碳纤维布主筋方向；②、根据粘接胶的标准用量，计算出所涂布面积的需用量，视现场气温等实际情况，确保在使用期内一次用完，按粘接胶使用说明规定的比例把粘接胶主剂和固化剂置于配胶容器中，用电动搅拌器搅拌均匀；③、用滚刷或毛刷均匀、无遗漏地将粘接胶涂在选定的混凝土表面，粘接胶涂布面应不小于所粘贴的碳纤维布布大小；④、在已涂好的粘接胶混凝土表面铺覆碳纤维布，碳纤维布的铺覆方向符合设计要求，一层中各张布之间的搭接应在纤维方向进行；⑤、用胶辊在碳纤维布上沿纤维方向施加压力并反复辊压，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，消除气泡和去除多余树脂，使碳纤维布和底乘充分粘接；⑥、每处施工完成后，自然养护24小时内应确保不受外力硬性冲击等干扰；⑦、每道工序过程中及完成后，均应采取适当措施保证不受污染或雨水侵袭；⑧、对粘贴施工完成后的复合材料层，经自然养护至粘接胶完全固化后，对碳纤维布布粘贴面仔细检查，如果碳纤维布贴层有空鼓或气泡，可以用刀片将碳纤维布划开(注意不要划断的太长)，然后采用注射器针管将调治好的粘接胶注入空鼓或气泡内添充至密实。应保证密实粘贴面积大于95%。3.1.4粘贴的工艺要求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。但是混凝土表面的锐利突起物、错位和转角部位等都可能使碳纤维布产生损伤，并引起强度降低，混凝土表面小的模板错位及混凝土气孔很难通过基底处理一道工序彻底清理，因此在涂敷的底层涂料指触干燥后必须用找平胶进行找平，同时将矩形断面直角打磨后补成圆弧状。①、底胶干燥后，若发现粘贴表面上有缺损、坑洼、凹陷拐角、模板接头处出现的高度差等情况，应用找平胶(用粘接胶加适量作为触变剂的矿物材料调制成的腻子)进行刮填修补，保证模板接头处无明显高度差，缺损、坑洼平缓顺畅，凹陷拐角处填补成R≥20mm的圆角过渡；②、整平材料的调制和使用注意事项与底胶相同；③、等整平材料固化至指触干燥后，如发现整平部位表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺。3.2碳纤维加强混凝土梁的施工步骤和施工过程1混凝土破损区域的清理对混凝土出现的蜂窝麻面、松散、孔洞、破碎、剥落等缺陷的部位以及钢筋外露区域,可采用人工凿除法、气动工具凿除法或高速射水法将该处松散、破损、污损的混凝土清除干净,直至露出坚硬密实的基面,同时应注意保证该部位无油污、油脂、蜡状物、灰尘以及附着物等物质;对于缺陷深度>10cm,面积)(10cmX10cm)时,表面要凿成方波型和锯齿状,且凿至坚实层;»清理混凝土病害部位时注意不要损伤梁体原有钢筋(尤其是主筋);严格按照桥梁维修养护相关规定及要求实施。2钢筋锈蚀区域的清理在混凝土表面破损清理完毕后进行;º用钢刷清除钢筋表面的浮锈,使之露出光洁部分;»对经探查确定的钢筋锈蚀区域,应清除掉混凝土表面的油污、油脂、蜡状物等有机污物;3钢筋防锈、阻锈的清理在钢筋锈蚀区域的混凝土表面清理完毕后进行;对外露的钢筋涂刷钢筋保护剂,钢筋保护剂的选用应满足设计提出的材料特性要求,涂刷时满足施工规范要求;对钢筋锈蚀区域采用多功能阻锈剂(表面涂刷型)处理,可滚刷或喷涂于结构表面,选用材料应满足施工规范要求;¼钢筋保护剂属化学产品,施工过程中应采取必要的防护措施;½多功能阻锈剂有很强的渗透性,施工时应配戴手套及口罩,严禁与皮肤直接接触,在水平结构底面施工时,应注意不要滴落到身体或皮肤上任何部位,如己滴落到皮肤表面或眼睛里,应立即用清水冲洗干净并及时就医;根据所选用材料的物理化学性能指标选择合适的施工条件进行施工。4混凝土破损修补处理在混凝土破损区域清理完成以及钢筋除锈、阻锈处理工作完毕后进行;按照桥梁维修养护相关规定及要求,采用与结构混凝土标号相当的环氧修补砂浆对破损区域进行修补,要求修补后结构平整密实;所用环氧砂浆应具有较低的膨胀系数、收缩率和放热温度,并且还应具有较高的粘结力、硬度及抗冲击性能,环氧砂浆的配合比根据试验确定;¼修补区域如处于潮湿状态,应采取相应措施使修补位置保持千燥,或选用能在潮湿状态下施工的材料,确保修补质量;应根据材料物理化学一性质、修补厚度以及气候条件等因素作好养护工作。5裂缝处理对结构上、下部存在的所有裂缝进行处理,对于裂缝宽度fw<0.15Inln且裂缝深度较浅的细小裂缝可采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理,对于裂缝宽度0.15nm成fw<0.5mm的裂缝采用裂缝灌注胶或专用环氧树脂浆液进行灌注处理;对于fw>=0.5mm的裂缝进行凿槽嵌补处理。裂缝修补后,材料未硬化前除结构自重和必要的施工机具产生的荷载外,不允许再有其它外荷载(包括车辆荷载)。裂缝灌注方法采用压力灌注法进行施工,采用其它材料及技术时,应得到设计人员及施工监理的批准。压力灌注法施工细则:压力灌注法是在注入过程中始终保持一定压力,保证将修补材料注入到宽度仅0.02mm的裂缝末端,同时均匀缓慢的压力可以将裂缝中积存的空气压入混凝土的毛细孔中,并通过混凝土的自然呼吸过程排出,有效避免产生气阻,从而确保修补质量。表面处理l)用钢丝刷沿裂缝走向清理宽约scm范围的混凝土表面,使混凝土表面保持清洁;2)用锤子和钢钎凿除两侧疏松的混凝土块和砂粒,露出坚实的混凝土面;3)用略潮湿的抹布清除表面的浮尘,并彻底晾干,用丙酮除去表面的油污,如缝内潮湿,要等其充分干燥,必要时可用热风机烘干。粘结注入座和密封裂缝1)调制好封口胶,搅拌均匀,用抹刀将少许胶刮在注入座底面的四边,将注入座固定在混凝土上;2)注入座的布置应掌握以下原则:沿缝的走向,每米约布置3个,裂缝分岔处的交叉点应设注入座,选混凝土表面平整处设置,避开剥落部位,对贯通缝,可在一侧布置注入座,另一侧完全封闭,缝宽较大且内部通畅时,可以按每米2个的密度来布置;3)用封口胶将裂缝密封,与注入座衔接的地方要特别注意。封口胶的固化1)密封完成后,将封口胶固化,注意固化过程中防止其接触水;2)固化时间:约12小时(气温ZOoC时)、约6小时(气温300C时)。工具注入器、阀门、过滤器、桶、搅拌棒、丙酮、秤(精确到109)、钳子、螺丝刀、生料带。凿槽嵌补法施工细则:用钢钎沿混凝土裂缝凿一条V形槽,槽宽与深度可根据裂缝深度和有利于封缝来确定,凿槽时先沿裂缝打开,再向两侧加宽,凿完后用钢丝刷及压缩空气将混凝土碎屑粉尘清除干净;采用微膨胀水泥砂浆进行修补封闭,需将槽口外混凝土表面凿毛并清理干净;槽口内应保持干燥,以免影响修补封闭效果;凿槽时注意不要损坏钢筋。3.3碳纤维加强混凝土梁的施工要点1.气温在5e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。2.由于碳纤维片为电的良导体,应使其远离电源。3.施工用各种树脂远离明火,并避免阳光直射。4施工及检查人员应穿防护工作服,配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品5.施工现场通风状况良好。6.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。第四章碳纤维加强混凝土梁施工的加固问题及控制要点4.1碳纤维加强混凝土梁施工的加固要点1、根据设计确定粘贴碳纤维的范围进行基底处理a）将砼构件表面的残缺、破损及碳化层部分清除干净，达到结构密实部位。检查外露钢筋是否有锈蚀，并进行必要的处理。对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分进行修补复原；b）裂缝修补。缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；c）将构件表面凸出部分（模板的段差等）打磨平整，修复后的段差尽量平顺。用磨光机把棱角磨成半径大于30mm的圆角；d）清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。2、底层涂刷（底层涂料具有较强的渗透性，可渗入砼表面内）。a）把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放人容器内，用搅拌器拌均匀，一次调和量应在可使用时间内用完为准；b）用滚筒刷均匀的涂刷底层涂料；C）底层涂料固化后，表面有凸起部分时要用砂纸磨光；d）注意在气温小于5C，相对湿度大于85，砼表面含水率在8以上，有结露可能而无可靠保证措施时，均不得施工。3、环氧腻子对构件表面残缺的修补。

a）构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平，修复至表面平整；

b）内角（段差、起拱等）要用环氧腻子填补使之平顺。

4、贴碳纤维片。

a）为了防止碳纤维受损，在碳纤维片运输、储存、裁切和粘贴过程中，严禁受弯折。贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断纤维片，每段长度一般不超过6rn；。

b）碳纤维接头必须搭接10cm以上，横向不需搭接；

c）按规定比例掺配树脂主剂和固化剂，用滚筒刷均匀地涂刷黏结树脂，称为下涂；

d）贴片时，在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气，可用罗拉沿着纤维方向在碳纤维片上对此滚压，使树脂渗入碳纤维中。

5、养护。

粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并保证固化期间不受干扰。

6、涂装。

根据需要可在树脂固化后加固补强构件表面，涂刷耐火涂层和色彩。

4.2碳纤维加强混凝土梁施工的加固材料技术特点

碳纤维用于砼结构的修复补强虽然时间不长，但发展很快，其主要原因在于碳纤维片加固存在较多优点：

a）施工简便迅速，无需模板、夹具、支撑等；

b）不增加结构重量，碳纤维片重量200g/m.～300g/m，设计厚度0.1l1mm～0.167mm，加上环氧树脂的重量也很轻，对结构自重影响可忽略不计；

c）能适应各种结构外形的补强；d）可以多层粘贴。可根据设计要求，在一个部位重叠粘贴。

随着我国高等级公路的迅速发展，高速公路桥梁通车里程也在不断增长，桥梁由于各种原因造成承载力降低、混凝土强度降低或需要提高抗震能力和修补桥梁裂缝，都可以应用碳纤维布补强技术。4.3控制要点在进行结构加固处理前，先对梁板采取有效地卸载和支顶措施，然后按以下施工工序进行加固施工。

（1）破损面混凝土表面处理：清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层。

（2）按设计要求对破损面钢筋处理后用M45的环氧树脂砂浆进行灌缝或封闭处理，并保证钢筋保护层厚度不小于15mm.利用打磨机将其表面打磨平整，并用钢刷将其表面的粉尘、油污等不洁物清除干净，使构件加固表面平整、干燥无粉尘。另外，如碳纤维需沿基纤维方向绕构件转角处粘贴时，转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状，圆弧半径不应小于20mm.

（3）涂刷底层树脂：用专用滚筒刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面，待树脂表面指触干燥时即进行下一道工序施工。

（4）找平处理：表面凹陷部位用找平材料填补平整，且不应有菱角。

（5）粘贴碳纤维片材：将配制好的浸渍树脂均匀涂抹于所要粘贴的部位，并用橡胶滚筒沿纤维方向多次滚压，挤除气泡，使浸渍树脂充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。多层粘贴重复上述步骤，待纤维表面接触干燥时即可进行下一层的粘贴。如超过60min，则应等12h后，再行涂刷粘结剂粘贴下一层。

（6）在最后一层的碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。

第五章碳纤维材料加强混凝土梁质量控制5.1施工质量检验施工时所用的材料必须进行试验检查,检查结果必须满足下列表格中对材料性能指标的要求。（1）外露锈蚀钢筋待清理工作完毕后,在钢筋表面涂刷钢筋保护剂,钢筋保护剂性能指标如表5.1所示:表5.1底层保护剂水防护剂性能指标（2）钢筋锈蚀区域采用多功能阻锈剂(表面涂刷型)滚刷或喷涂于表面,性能指标如表5.2所示:（3）混凝土修补用环氧砂浆,性能指标如表5.3所示:（4）裂缝灌注施工所用材料性能指标如表5.5所示:5.2阻锈剂安全性能由于粘贴碳纤维的施工会对原桥的保护涂装产生破坏,并且为了提高桥梁混凝土的耐久性,在部分桥梁外表面涂刷表面加强防水剂TECNOSOLID82/wP以及AC100保护涂料进行防水憎侯处理。1进行涂装前应将基层清理干净,确保无污物、河草、霉菌、油污、脂肪、蜡状物