泰扶·芳玻韌布在老橋加固中的應用

胡繼友

(安徽省滁州市公路勘測設計院,安徽滁州 239000)

泰扶·芳玻韌布在老橋加固中的應用

胡繼友

(安徽省滁州市公路勘測設計院,安徽滁州 239000)

泰扶·芳玻韌布是一種新型的高性能復合纖維材料,在結構加固工程中具有廣泛的應用前景。以水口橋老橋加固施工為例,介紹了泰扶·芳玻韌布的加固原理、特點、施工工藝及質量控制要點。

泰扶·芳玻韌布; 老橋加固; 質量控制

1 加固橋梁概況

水口橋位于安徽省滁州市水口鎮,該橋上部結構采用5.5m(混凝土板)+20m(T梁)+5.5m(混凝土板),橋凈寬為(8+2×0.5)m。其T梁高140 cm,肋寬18 cm,每跨5片板梁。下部結構采用雙柱式鋼筋混凝土橋墩,橋臺采用重力式U型橋臺。現發現該橋梁體出現多道裂縫,必須對該橋進行加固治理。

2 病害調查

通過對全部 20m的T梁及5.5m矩形板梁的檢查發現,除5.5m矩形板梁尚屬完好外,全橋5片T梁梁肋下緣底面和側面均出現或多或少的橫向斜裂縫。其中下游 2片T梁梁肋下緣底面和側面出現的裂縫較多,最多的 1片T梁在1/4跨處有 5道裂縫(其中有 2道在內外兩側同一斷面處均有斜裂縫,裂縫長1.4m,縫寬0.6mm);跨中有3道裂縫,裂縫寬度均小于0.2mm。

3 加固方案及材料的選擇

鋼筋混凝土梁橋結構加固通常采用的技術主要有:增大構件截面法、粘貼鋼板法、體外預應力筋法、轉換梁體截面形式和改變結構體系加固以及目前流行的粘貼增強復合纖維加固法等。根據水口橋的特點,經過多方面綜合比較,粘貼纖維復合材料加固技術具有明顯的優勢:(1)T梁截面尺寸小,粘貼鋼板對 T梁擾動較大,采用粘貼纖維復合材料則無擾動;(2)加固工程量小,施工方便、快速,工期短;(3)施工期間不影響橋上車輛的正常通行;(4)加固效果顯著,可大幅提高橋梁的承載能力。

目前工程中常采用的纖維復合材料有碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料及芳綸纖維復合材料。纖維復合材料的共同特性是強度高、質量輕、耐腐蝕,但是它們又有各自的特點,如碳纖維復合材料楊氏模量高但有延性差、易損傷,且加固后會產生較大的溫度應力的缺點;玻璃纖維復合材料克服了碳纖維復合材料的所有缺點,但楊氏模量低;芳綸纖維復合材料性能最佳。經過對市場上幾種纖維復合材料的技術指標及經濟比較,美國的泰扶·芳玻韌布具有較高的性價比,因此決定在該橋老橋的加固中采用該種復合纖維材料。

3.1 泰扶·芳玻韌布介紹

芳玻韌布復合纖維于 1988年在美國加州公路系統研制誕生并被申請專利。它是由增強纖維布(TYFO·SHE-51)與專用樹脂(TYFO·S Epoxy)現場粘合而形成的硬板狀復合材料。SEH-51是由高強玻璃纖維絲(E-glass)和芳綸纖維絲(Kevlar,防彈衣材料)垂直編織的柔韌布,稱為芳玻韌布。芳玻韌布布料的面密度為 920g/m2;與專用樹脂復合后形成的硬板復合材料的名義厚度約 1.3 mm,抗拉強度為 575 MPa,彈性模量為26.2 GPa,延伸率為2.2%。泰扶·芳玻韌布是由高強玻璃纖維(E-g1ass)與凱扶拉(Kevlar)編織布(TYFO·SHE-51)、特種環氧樹脂(TYFO·S)在施工現場充分混合而形成的高強度復合材料(表1)。

3.2 泰扶·芳玻韌布的優點

(1)泰扶·芳玻韌布的熱膨脹系數及彈性模量均與鋼筋混凝土接近,不會產生附加的溫度應力。

(2)延性及粘貼時柔韌性好,不易損傷或折斷,便于施工。

(3)泰扶·芳玻韌布的彈性模量與混凝土相當,因此能延緩構件的破壞,變脆性破壞為塑性變形。

4 水口橋的加固施工

4.1 芳玻韌布復合纖維加固設計原理

芳玻韌布復合纖維通過粘結樹脂貼在待加固的混凝土構件側面或底面形成新的復合受力系統,以提高原有結構的承載力和耐久性。包覆于樹脂之中的高強纖維編織布是該系統的主要受力單元,纖維布中的玻璃纖維方向應和原結構中強度不足(如缺筋)的方向一致。其基本設計原理與一般碳纖維布相同。本橋的加固方案如圖 1。

4.2 泰扶·芳玻韌布施工工藝

4.2.1 施工工作面搭設

橋下應搭設臨時操作支架,支架高度根據河底高程、原梁板底高程確定,且梁板底下應留有足夠的人員操作凈空。

4.2.2 基層處理

鏟除待粘貼混凝土構件表面混凝土松散體(或找平層),并用砂輪磨平基面的凸出部分,轉角部位要進行倒角處理,裂縫較小的部位要注入環氧樹脂進行修補。粘貼芳玻韌布前用無水酒精或清水沖洗混凝土構件表面的粉塵,待表面干燥后方可進行下道工序的施工。

圖1 加固方案

4.2.3 配制特種環氧樹脂和浸潤芳玻韌布

(1)配制特種環氧樹脂的環境溫度和環氧樹脂各組分溫度必須控制在 8～38℃之間,施工時按比例混合環氧樹脂組份A和組份B,并按規定轉速攪拌5 min。混合好的樹脂一般在 2h內須用完,溫度愈高其硬化愈快。

(2)根據設計圖紙所規定的芳玻韌布尺寸裁剪,裁剪好的芳玻韌布用滾筒或刷子均勻涂抹混合好的環氧樹脂。裁剪時注意主纖維的方向與圖紙所示方向要一致。

4.2.4 泰扶·芳玻韌布補強層的施工

(1)用滾筒或刷子均勻地將混合好的環氧樹脂涂抹在待加固混凝土表面作底層。

(2)在規定的時間內,將濕透的芳玻韌布象貼墻紙一樣平整地粘在結構的表面。施工時一定要保證每層芳玻韌布與基層粘貼密實,并注意芳玻韌布主纖維的粘貼方向。芳玻韌布之間的搭接長度不小于 15 cm,接縫必須交錯布置。

(3)對施工好的復合補強層進行檢查,樹脂中的氣泡必須在樹脂硬化前排出。

(4)對粘貼復合補強層進行粉刷時,在復合材料硬化前進行拉毛撒砂,增加表面的粗糙度,利于二次粉刷。

4.2.5 泰扶·芳玻韌布補強層的養護

粘貼好的復合纖維補強層不須特別的養護,一般在上述環境溫度下,24 h即可達到設計強度的 80%,48 h將完全硬化。在養護期即將結束時,須檢查補強層的表面。如果發現層與層之間殘留的空氣夾層,應及時用針孔或灌漿機(鉆孔)加注環氧樹脂。另外,為保證其耐久性,應在補強層外表面做抹面或粉刷處理。

4.2.6 現場質量控制要點

在工程實施工程中,對用于本工程的芳玻韌布和高強樹脂進行隨機抽樣檢查、檢測。主要從 8個方面進行質量控制和監督:(1)材料的質保書及材料標簽;(2)纖維材料及專用樹脂的檢測報告;(3)專用樹脂的配合比;(4)按圖紙裁剪的芳玻韌布尺寸及主纖維方向;(5)待加固的基層表面處理情況;(6)混合后的樹脂涂浸芳玻韌布的情況;(7)復合補強材料的粘貼情況;(8)復合補強層的養護。

在復合補強層的養護即將結束時,應目測或小錘輕擊的方法對補強部位進行檢查。要求每 1m2芳玻韌布缺陷點數量不超過 10個,空隙率不超過 5%及空鼓最大直徑小于 2 cm。當芳玻韌布的單個空鼓面積小于 100 cm2時,可采用針管注膠的方式進行修補;單個空鼓面積大于 100 cm2時,必須將該處片材切除,重新搭接粘貼上等量的芳玻韌布片材。

5 結束語

(1)經過一段時間的正常營運,采用泰扶·芳玻韌布對水口橋的加固效果是顯著的。

(2)實踐表明,采用粘貼芳玻韌布復合纖維材料的加固方法,施工簡便,幾乎不增加自重,可避免對原結構的損傷,且具有很高的抗化學腐蝕能力和對被加固部位的保護作用,有助于原結構耐久性的改善。

[1] 項海帆.高等橋梁結構理論[M].北京:人民交通出版社,2001

[2] JTG D 62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S]

[3] JTG H 11-2004公路橋涵養護規范[S]

[4] 浦玉炳,汪海生,孫業香.芳玻韌布復合材料在橋梁加固工程中的應用[J].工程建設與檔案,2003(3)

U 445.7+2

B

2009-10-21

胡繼友(1975～),男,大學本科,工程師,從事橋梁設計工作。