粘貼CFRP加固技術

吳海軍博士，副教hj_tj@126.com583921237@重慶交通大學土木建筑學院嚴格遵守規范的強制性條文，針對加固工程的具體情況，合理運用規范，對可能影響到工程安全的指標應該首先得到滿足克服加固設計“只對規范負責，不對工程負責”的做法加固規范中的要求只是最低要求加固工程本身有更高的技術要求，一定不能低于規范的基本標準楔子基本原理用黏結膠將CFRP片材牢固地粘貼在橋梁的受拉區或薄弱部位，與結構形成整體，變形協調，共同受力，恢復或提高結構的承載力，改善延性，并減少裂縫擴展材料性能設計方法施工技術檢驗、驗收粘貼CFRP加固技術現代復合材料以20世紀40年代GFRP（玻璃鋼）的出現為標志。目前已研發出了具有各種優異性能的聚合物基復合材料，包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強復合材料。在航空航天領域、現代國防工業中FRP首先得到發展、應用。在民用工業如機械工業、交通運輸、建筑工業以及生物醫學、體育等領域，FRP由于其優異性能而得到廣泛應用。釣魚桿，高爾夫球棒，網球拍， 羽毛球拍，賽車，賽艇，火箭殼體 衛星用結構材料，飛機剎車片一、CFRP片材CFRP，碳纖維增強復合材料碳纖維布，Sheet碳纖維板，Plate碳纖維密度1.6~2.18g/cm3，抗拉強度1~7GPa，彈性模量100~800GPa，單絲直徑5~7微米，每束1K~24K根單絲一、CFRP片材片材，Laminate

絲束布材板材棒材優點：輕質高強重量輕（密度比鋁小），強度高（為鋼材的10倍）；防腐蝕與混凝土粘結性能好（承受壓應力不會剝落），抗疲勞性能優良不增加恒載及斷面尺寸；不減少橋下凈空施工方便，成型方便，可適應不同構件形狀環氧樹脂黏結，不需要錨固螺栓，對原結構無新的損傷能靈活應用于混凝土結構的抗彎、抗剪、抗壓加固缺點：現場施工質量受環境影響：溫度、濕度一、CFRP片材一、CFRP片材FRP片材代替鋼板加固始于20世紀80年代德國，Kattenbusch大橋（1986-87）瑞士，Ibach橋，1991美國，洛杉磯2號、5號公路橋梁的橋柱，經FRP修補后經歷了1994年北嶺大地震而完好如初日本，FRP圍束補強RC橋柱、梁板及煙囪，1995中國，建筑物加固，19981994年美國洛杉磯大地震，1995年日本阪神大地震，粘貼FRP片材的加固方法廣泛應用于橋梁、高層建筑抗震、防震的加固補強方面一、CFRP片材規范標準JTG/TJ22－2008：公路橋梁加固設計規范，交通運輸部JTG/TJ23－2008：公路橋梁加固施工技術規范，交通運輸部GB50367－2006：混凝土結構加固設計規范，建設部JT/T532－2004：橋梁結構用碳纖維片材，交通部CECS146－2003：碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程，中國工程建設標準化協會連續纖維材料補強加固混凝土結構物的設計及施工規程，日本土木工程學會，1996ACICommittee440-F.GuidelinesfortheSelection,DesignandInstallationofFiberReinforcedPolymer(FRP)SystemsforExternallyStrengtheningConcreteStructures.1999二、設計方法一般規定可用于鋼筋砼受壓柱加固，提高承載力、延性、耐久性可用于鋼筋砼梁、板加固，提高抗彎、抗剪承載力

僅發揮30%的強度性能 預應力砼構件發揮性能更低 預應力CFRP粘貼CFRP加固時纖維方向沿 混凝土最大主拉應力方向二、設計方法一般規定不能用于素混凝土構件的加固不能用于配筋率低于《橋規》最小配筋率構件的加固不能用于提高剛度的加固不能用于受沖剪作用和支座局部承載力不足構件的加固對加固結構的混凝土強度有要求，以保證黏結效果，防止過早出現CFRP剝離破壞，如果CFRP用于封閉裂縫，則無要求 受壓柱：不低于C15

梁板：不低于C25加固時卸除部分荷載可提高加固效果，必須限制活載二、設計方法一般規定加固設計計算，必須進行分階段受力和整橋結構驗算，保證新舊結構強度、變形、穩定性等滿足《橋規》加固后構件的承載力由原構件受拉鋼筋（預應力鋼束）或受壓混凝土的強度控制，而不是CFRP的強度對受彎構件，加固后的承載力提高幅度不宜超過40%，防止斜截面剪切脆性破壞先于正截面彎曲破壞發生必要時采用可靠的錨固措施： 粘貼CFRP壓條，錨栓錨固鋼板壓條、角鋼 構件達到承載能力極限狀態時，CFRP與混凝土之間不發生黏結剝離破壞二、設計方法受壓構件加固軸心受壓構件：可采用全長無間隔環向 連續粘貼CFRP加固，即環向圍束法圓形截面最有效，橢圓形次之，矩形最差環向圍束的有效約束系數圓形截面柱：長細比l/D≤12矩形截面柱：長細比l/b≤14，截面高寬比h/b≤1.5

且截面棱角經圓化打磨，防止CFRP應力集中發生破壞墩柱延性加固：提高抗震性能CFRP環向圍束，等同于附加箍筋，提高體積含筋率二、設計方法大偏心受壓構件加固在受拉面粘貼CFRP，承擔部分拉應力纖維方向與柱縱軸線方向一致受拉構件加固軸心受拉構件：CFRP等同于附加受力鋼筋大偏心受拉構件：在受拉面粘貼CFRP，承擔部分拉應力二、設計方法受彎構件加固對加固前、加固后兩個階段進行受力計算 加固前：恒載+施工荷載 加固后：恒載+活載達到受彎承載能力極限狀態時，按平截面假定確定CFRP的拉應變，且其本構方程為線彈性關系構件達到承載能力極限狀態時，CFRP與混凝土之間不發生黏結剝離破壞二、設計方法受彎構件加固正截面抗彎加固：在受拉面粘貼CFRP，承擔部分拉應力，等同于附加受力鋼筋二、設計方法受彎構件加固斜截面抗剪加固：CFRP纖維方向平行于最大主拉應力方向達到最大加固效果，通過承擔部分拉應力達到減輕混凝土剪應力的目的采用封閉式粘貼或U形粘貼時，纖維方向與構件軸線垂直二、設計方法構造要求CFRP粘貼成條帶狀，纖維布不超過3層，纖維板不超過2層碳纖維布沿纖維受力方向搭接長度大于100mm，搭接平順、無翹曲搭接位置避開構件應力最大區域，且相互錯開超過200mm碳纖維板不能搭接CFRP繞過構件外倒角時打磨成圓弧面 圓化半徑：梁不小于20mm，柱不小于25mm主要受力CFRP不能繞過內倒角二、設計方法r構造要求多層粘貼時，按內短外長式逐層截斷，并且在端部施加壓條，防止應力集中引起的端部剝離破壞二、設計方法≥200mm第一層第二層第三層構造要求斜截面抗剪加固時，采用環形箍或加錨固的U形箍僅構造要求時，可采用一般的U形箍U形箍纖維受力方向與構件軸向垂直可在梁的中部增設一道縱向中壓帶二、設計方法柱的加固沿柱軸向粘貼CFRP加固時，兩端設置錨固措施，錨固長度足夠環形圍束對柱進行延性加固：條帶粘貼成環形箍，纖維方向與柱的縱軸線垂直環向圍束的CFRP層數，圓形截面不少于2層，矩形截面不少于3層各條帶搭接位置相互錯開環向圍束上下層之間搭接寬度≥50mm，端部富余超過200mm的安全長度二、設計方法梁、板的加固梁進行抗彎加固時，CFRP粘貼在混凝土受拉區底面，側面粘貼時不高于1/4梁高兩端設置U形箍或橫向壓條切斷位置距強度充分利用截面的距離足夠，不小于黏結長度ld二、設計方法梁、板的加固當CFRP延伸到支座邊緣仍不滿足黏結長度ld時，采取錨固措施：對于梁：延伸長度范圍內至少2道U形箍對于板：延伸長度范圍內至少2道壓條當CFRP黏結長度低于ld/2

時，采取附加機械錨固措施二、設計方法動態施工原則施工前： 結合橋梁檢測報告、加固設計，對加固橋梁技術狀況、病害情況進行復查，并報送業主、設計單位 如果發現嚴重缺陷或與設計不相符的情況，通知設計單位修改方案施工中： 注意異常響應，若出現異常變形、裂縫有較大較快發展，應立即停止施工，采取有效措施進行處理完工后： 檢驗加固效果，特大橋和技術復雜橋梁進行荷載試驗三、施工技術施工準備技術交底、橋梁復查材料檢驗： 特別是CFRP、黏結膠性能及適配性檢驗 材料是否滿足施工、使用環境的要求儀器標定、設備校驗三、施工技術施工組織設計注意環境溫度、濕度對施工的影響 溫度高于5oC，相對濕度低于90%注意交通組織對施工的影響注意交通堵塞等突發事件的應急預案注意施工人員的安全保護、健康保護注意環境保護三、施工技術施工安全與環境保護配制黏結膠的易燃原料密封保存，遠離火源配膠、用膠場所通風良好，嚴禁吸煙、明火取暖使用強光燈泡、碘鎢燈照亮時，采取燈管加罩保護的安全措施，以防止燈管爆炸而引起火災現場施工人員應穿工作服，戴安全帽，同時還須佩戴口罩和手套注意CFRP為導電材料： 裁剪及使用碳纖維布時應盡量遠離電源，尤其是高壓電線及輸電線路施工現場不進食、不吸煙。離開現場前應洗手，皮膚沾有漿液的，可用熱水、肥皂或酒精溶劑擦干凈。黏結膠貼著皮膚時，可先用鋸木面、砂或去污粉擦去后，再用熱水沖洗干凈，不得用丙酮等滲透性較強的溶劑洗滌，防止有毒物質深入皮膚三、施工技術施工安全與環境保護施工單位必須具備特種工程資質加固施工嚴禁對橋梁結構的損傷，特別是施工平臺的搭設加強與交管部門的聯系，盡量減小交通管制對社會的影響交通管制標志、施工標志等安全設施齊全、規范夜間施工的安全保障措施粘貼CFRP用于結構加固時必須封閉交通，若僅為封閉裂縫則可開放交通，但應采取限載、限速措施，并充分利用交通量較小或夜間時段組織施工工地配備消防設施完工后工地現場和橋梁結構內不能遺留有害化學物質保護生態環境三、施工技術施工流程施工準備、橋梁卸載底層處理涂刷底膠涂刷浸漬膠或粘貼膠粘貼CFRP表面處理三、施工技術施工工藝要點底層處理裂縫修補膠灌注裂縫根據設計放線定位清除混凝土表面剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化部分用修補材料將混凝土表面凹凸部位修復平整打磨，混凝土浮漿層打掉，露出骨料陽角、陰角打磨成圓弧狀清潔處理，可用吹風機清潔處理，再用棉紗蘸丙酮擦洗

三、施工技術施工工藝要點底層處理膠黏劑開始施工后嚴禁濕作業滲水處必須先采取防水措施，完全干燥后才能施工雨天或空氣潮濕條件下不能施工，如確需在潮濕的構件上施工，必須烘干構件表面，或使用專用的膠黏劑施工在5~35℃環境溫度條件下進行，環境溫度低于5℃時使用適用于低溫環境的配套樹脂或采用升溫處理措施三、施工技術施工工藝要點底層處理三、施工技術施工工藝要點涂刷底膠按產品供應商提供的工藝規定配制底膠主劑與固化劑在包裝桶內分別攪拌均勻，然后置于潔凈容器中，精確稱重計量（重量比）電動攪拌器均勻攪拌約3分鐘，至色澤均勻為之沿同一方向攪拌，避免混入空氣形成氣泡根據現場氣溫決定用量（<1.5kg）并嚴格控制使用時間三、施工技術施工工藝要點涂刷底膠用一次性軟毛刷或特制滾筒將底膠均勻涂抹于混凝土表面，不得漏刷、流淌、有氣泡，用塑料刮板修正毛刺、流淌底膠表面的毛刺用砂紙打磨平順若膠層磨損，應重新涂刷底膠指觸干燥后即可進行下一工序，若涂刷時間超過7d，應清除原底膠重新涂刷 指觸干燥：手指觸摸表面，有凝膠感但不粘附皮膚注意保持施工平臺整潔，防止漂浮灰塵黏附在膠層表面三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維布根據設計放線定位，多層粘貼時注意區分各層的位置按設計要求的尺寸，裁剪碳纖維布，呈卷狀妥善擺放并編號 注意保留搭接長度，搭接位置避開主要受力區混凝土表面再次擦拭清潔，確保粘貼面無粉塵按工藝規定配制浸漬膠，均勻涂刷于所要粘貼的部位，做到膠體不流淌，不出控制線粘貼碳纖維布，遵循立面由上到下、仰面從一端到另一端的順序進行，用專用滾筒順纖維方向從一端向另一端多次滾壓，擠除膠體與纖維布之間的氣泡，使浸漬膠充分滲入纖維布，浸潤飽滿三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維布滾壓起始端需要人工牢固固定碳纖維布滾壓時不得往返滾壓，不得損傷碳纖維布選用的滾筒在滾壓過程中不產生靜電，防止拉扯纖維絲多層粘貼重復上述步驟，在纖維表面浸漬膠指觸干燥后立即進行下一層的粘貼；最后一層碳纖維布粘貼結束后，纖維表面浸漬膠指觸干燥后均勻涂抹一層浸漬膠，自然風干做防護面層檢查粘貼質量，翹曲、空鼓部位處理三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維布三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維板根據設計放線定位，多層粘貼時注意區分各層的位置按設計要求的尺寸，裁剪碳纖維板混凝土表面再次擦拭清潔，確保粘貼面無粉塵將碳纖維板表面擦拭干凈至無粉塵；如需粘貼兩層時，對底層碳纖維板兩面均應擦拭干凈按工藝規定配制粘貼膠，擦拭干凈的碳纖維板立即涂刷粘結膠，膠層呈突起狀，平均厚度不小于2mm將涂有粘結膠的碳纖維板用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩壓實，使樹脂從兩邊溢出，保證密實無空洞三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維板當平行粘貼多條碳纖維板時，兩板之間空隙應不小于5mm需粘貼兩層碳纖維板時，應連續粘貼。如不能立即粘貼，再次開始粘貼前應對底層碳纖維板重新做好清潔工作檢查粘貼質量，端部翹曲、空洞部位處理粘貼碳纖維板加固時不能搭接，按設計尺寸一次下料三、施工技術施工工藝要點粘貼碳纖維板三、施工技術施工工藝要點表面處理表面防紫外線輻照、防火處理，保證防護材料與碳纖維片材之間有可靠的黏結色彩美觀處理三、施工技術三、施工技術三、施工技術施工質量動態控制CFRP、膠黏劑進場前性能檢驗