1.前言
橋梁建筑是世界建筑史上重要的組成部分,在我國已有上千年的歷史。從最早的木橋、石橋、鋼橋到現(xiàn)代的鋼筋混凝土橋梁,橋梁材質(zhì)的變化可以說是順應(yīng)了經(jīng)濟社會的發(fā)展。然而由于交通車輛的大量增多,混凝土橋梁路面建筑的問題也日益突出,例如路面寬度已不適應(yīng)交通量,橋梁的老化問題,荷載量問題,橋面的坑洼、變形、腐蝕問題等。如此種種都給建筑工作者帶來了解決問題的契機。因此尋求一種施工簡便,加固效果顯著的方法已勢在必行。
混凝土橋梁加固方法傳統(tǒng)的有:粘鋼加固、化學(xué)灌漿加固、外包鋼加固、體外預(yù)應(yīng)力、套箍加固、焊接補筋加固、植筋加固、型鋼加固、、加大截面法加固、增設(shè)支點法加固等。然而目前最熱門也是最有效,從施工難易程度、美觀性、材料特性各方面考慮都是最具性價比的加固方法是纖維加固法。
碳纖維具備許多優(yōu)異性能,高強度和高模量,質(zhì)輕,無蠕變,耐疲勞性,耐化學(xué)腐蝕,非氧化環(huán)境下耐超高溫,良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能,比性能高,熱膨脹系數(shù)小,X 射線透過性好,電磁屏蔽性好等。恰是由于碳纖維具有如此優(yōu)秀的性能,其已從軍工領(lǐng)域逐步擴大到民用領(lǐng)域,成為增強材料遍及于建筑、電子、航空、航天、汽車、體育器材等多個領(lǐng)域。近幾年,對碳纖維網(wǎng)格在加固領(lǐng)域的應(yīng)用研究逐漸成熟,碳纖維網(wǎng)格布不僅可以提高建筑物的穩(wěn)定性和牢固性,而且建筑領(lǐng)域是我國國民經(jīng)濟的重要組成部分,對于促進(jìn)國民經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的意義。
2.碳纖維介紹
碳纖維是含碳量高于90%的無機高分子纖維 。其中含碳量高于99%的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強度和模量高,無蠕變,耐疲勞性好,比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間,熱膨脹系數(shù)小,耐腐蝕性好,纖維的密度低,X射線透過性好。但其耐沖擊性較差,容易損傷,在強酸作用下發(fā)生氧化,與金屬復(fù)合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此,碳纖維在使用前須進(jìn)行表面處理。
碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。碳纖維除用作絕熱保溫材料外,一般不單獨使用,多作為增強材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中,構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強的復(fù)合材料可用作飛機結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機動船、工業(yè)機器人、汽車板簧和驅(qū)動軸等。
碳纖維的抗拉強度為2500~6000Mpa,比玄武巖纖維、芳綸、PBI纖維、鋼纖維、硼纖維、氧化鋁纖維都要高,彈性模量也優(yōu)于其他纖維。
性能 |
玄武巖纖維 |
聚丙烯纖維 |
S玻纖 |
芳綸纖維 |
碳纖維 |
抗拉強度(MPA) |
3000~4800 |
410~800 |
4020~4650 |
2900~3400 |
2500~6000 |
彈性模量(GPA) |
95~110 |
4.2~6.0 |
88~91 |
70~140 |
230~600 |
斷裂伸長率(%) |
1.5~3.2 |
4.7 |
5.3 |
2.8~3.6 |
1.5~2.0 |
3.碳纖維網(wǎng)格加固施工方法
碳纖維網(wǎng)格加固是使用碳纖維網(wǎng)格和配套噴發(fā)聚合物砂漿對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固的辦法。碳纖維網(wǎng)格是以碳纖維為原料,通過先進(jìn)的經(jīng)編工藝制成網(wǎng)狀基材,織造成的碳纖維網(wǎng)格浸漬于耐腐蝕性的樹脂中,經(jīng)多道涂層工藝,烘干形成的網(wǎng)格狀的整體。具有經(jīng)、緯雙向很高的抗拉強度,并具有耐腐蝕、耐高溫、抗老化、施工便利、能夠用于惡略環(huán)境的施工等優(yōu)良特性。濕法噴發(fā)聚合物砂漿:由特種水泥及其他多種添加劑組成。具有快凝、抗擾動、粘接強度高、無縮短、抗裂性能高等特色,且砂漿中的活性成分與碳纖維網(wǎng)格涂層具有匹配性。碳纖維網(wǎng)格與濕法噴發(fā)聚合物砂漿一同使用,確保碳纖維網(wǎng)格與砂漿之間有滿足的握裹力和錨固力,具有耐火性好、抗剝離性好、耐久性強、加固作用顯著等長處。使用范疇:在國外,碳纖維網(wǎng)格廣泛使用于隧道加固,橋梁加固,工民建加固,水利加固(堤堰的軟基增強),市政加固(道路的軟基增強)等范疇。在國內(nèi),碳纖維網(wǎng)格的使用規(guī)模也在逐步擴展。
碳纖維網(wǎng)格加固辦法具體步驟如下:準(zhǔn)備濕法施工機械;原始混泥土底層處理;濕法噴發(fā)聚合物砂漿的拌制;第一層砂漿噴發(fā);碳纖維網(wǎng)格裁剪;碳纖維網(wǎng)格的鋪設(shè);碳纖維網(wǎng)格臨時固定;碳纖維網(wǎng)格鋪設(shè)在砂漿層中;第二層砂漿噴發(fā);養(yǎng)護(hù)。該碳纖維網(wǎng)格加固辦法工藝簡略,其具有以下特色:施工簡略、快捷便利:施工前底層無需整平修正作業(yè),施工速度快;抗裂作用好:合適于結(jié)構(gòu)裂縫操控加固;耐久性好:碳纖維為惰性資料,因而不會發(fā)生腐蝕,且對原有鋼筋起到堿性維護(hù)的作用,使得其更便于推廣。
4.總結(jié)
碳纖維網(wǎng)格比一般纖維網(wǎng)格性能能更加優(yōu)越,具有高模量、高強度、抗老化、抗腐蝕及可預(yù)設(shè)計等多種性能,是加固領(lǐng)域一種新的加固材料選擇。使用碳纖維網(wǎng)格布加固,減少施工工程量,能加快施工進(jìn)度,縮短工期,降低日常維修費用,可延長加固橋梁的使用壽命。