碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用

碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用。

碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用

尹兆旭

(北京正立监理咨询有限公司)

新材料、新工艺。在北京北四环路健翔立交桥改建中，为使原钢筋砼盖梁设计荷载由汽车—5级提高为汽车—超20该材料性能与施工工艺等有关技术问题做一介绍。

的树脂和碳纤维布，按设计要求粘贴于砼表面，从而达到结构物加固补强效果。通过对梁、板、柱等进行加固前后加固技术相比，具有自重小、施工简便、施工周期短和耐久性好等特点。

2

量使用此技术。据有关资料统计，仅日本1997年用于加固修复的碳纤维布使用量就达70万m。我国近两年来，科经验，为广泛推广该技术创造了有利条件。

建成。桥梁上部结构为6跨、L＝18m预应力砼简支梁。中央设隔离带，两侧为双向机动车道，两外侧为非机动车道，至72m，将现两外侧的非机动车桥改建为辅路桥，并新建非机动车桥。现况桥上部结构主梁和中墩盖梁，对应机动车并且改建为辅路桥后要求荷载均为汽车—超20级、挂车—120。现非机动车桥的主梁拆除更换，但各中墩盖梁的机动

方面采用了减轻桥梁自重措施，将砼桥面改为轻质(容重为19KN/m3)砼桥面，另一方面加宽中墩盖梁下墩柱宽度，盖设计要求相差10～15%。为节省工程投资，且根据现四环路交通不允许中断的情况，经有关部门批准，确定将全桥的

采用喷射钢纤维砼和外包钢板的加固方案，因主梁梁端在跨间处距盖梁外侧面仅5cm，经计算比较与施工空间的限制相近，较适合于钢筋砼结构的补强加固工程。另外施工简便，适用于要求施工周期短的加固工程。

了一些工程的加固，并取得了较好效益，但费用高影响推广应用。近期由于国产化系列的碳纤维复合材料的出现，量可靠稳定，费用较低。产品通过国家级质检部门的严格检验，各项性能指标已达到国外同类产品的水平。下面是

的规格表 1

2

单位面积碳纤维布的质量g/m 拉伸强度 MPa CFC 3730

碳纤

日铁FTS 测试方法

非标 3400

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3930

200±10 250±10 300±10

拉伸模量 GPa

抗剪强度 MPa 粘结强度 MPa

注：用于加固补强

4050 235 114 256

230

非标 非标 JIS K5400

表面处理树脂性能对比表 3 SE 2.2

日铁FP—NS 2.9

方法 JIS K5400

对比表 4

RE 76

浸

34

JIS K7208 JIS K6850 JIS K5400

拉伸强度 MPa 拉伸模量 GPa 抗剪强度 MPa 粘结强度 MPa

IE 57.5 93.1 85.1 15.5

日铁FE-E3P 方法 29 39

JIS K7113 JIS K7203 JIS K7208 JIS K6850

日铁FE—2 方法

14.3 9.8 2.1 2

9.8

注：用于碳纤维布的粘贴、浸渍，使其与砼结合成为一个牢固整体

强加固前、后不同类型的力学性能试验研究，以及对施工环境条件、施工工艺的防护层的探讨和研究，并经过反复

工作，应该尽量缩短原盖梁钢筋与碳纤维的应力应变的差值，盖梁加固时需考虑卸载措施，这样可推迟将原盖梁结盖梁加固时卸载措施：拆除原荷载标准低的主梁→碳纤维布粘贴加固→安装新标准荷载主梁。

除灰尘，保持清洁。

处。

整无凹陷处。

刷在上面，厚度约3～5mm，不得有过厚、过薄或有遗漏处。

上，再用专用工具反复滚压，排除单向布与浸渍树脂间的空气，使单向布完全浸渍于树脂之中，要做到碳纤维单向布

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加固位置图

同。

理，并再涂浸渍树脂，厚度约1～2mm。

，涂刷防护及装饰外用面漆。

℃～120℃温度的环境下长期使用，此材料已在中央电视塔、三峡工程西陵长江大桥等多项重点工程中使用，效果良好的效果。

需要较大的空间，尤其是在该工程加固空间紧张的情况下，更能显示这一优越性。

的办法，也能取得类似于钢板的同样加固效果，但其结构重量未增加，外表也轻巧美观。

而不会出现生锈，并具有耐酸、碱、盐和大气环境腐蚀等性能，碳纤维布有极好的抗化学作用。

梁，经初步计算为工程节省投资约2500万元，减少了施工周期，还解决了施工中不中断交通的难题，取得了较大的

尽快组织力量，制定完整的设计、施工、质量检验和验收标准等技术规范。

有效的方法，值得推广应用。

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View Thread : 碳纤维―结构加固的新星 碳纤维―

ys618 碳纤维―结构加固的新星 李载宁 (《广东建设报》 "碳纤维:结构加固的新生星"2002-09-09)

[提要]介绍高性能的复合材料—碳素纤维在结构加固中的应用,概括地说明碳纤维的制作,性能,应用及主要 的施工工艺

[关键词]碳纤维,性能,应用.

采用碳纤维聚合物 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)加固混凝土结构,是近十年来在发达国家中新兴 的成熟的加固技术,也是国内工程界日渐关注和发展中的加固应用技术,随着碳纤维制造技术的进步和聚合物性 能的日臻完善,CFRP 的性能价格比将很快会被业界所接受,一个碳纤维应用的高潮正在出现.

碳纤维又是一种力学性能优异的新材料,它的比重不到钢的 1/4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa 以上,是钢的 7~9 倍,抗拉弹性模量为 23000~43000Mpa 亦高于钢.因此 CFRP 的比强度即材料 的强度与其密度之比可达到 2000Mpa/(g/cm3)以上,而 A3 钢的比强度仅为 59Mpa/(g/cm3)左右,其比模 量也比钢高.材料的比强度愈高,则构件自重愈小,比模量愈高,则构件的刚度愈大,从这个意义上已预示了碳 纤维在工程的广阔应用前景,综观多种新兴的复合材料(如高分子复合材料,金属基复合材料,陶瓷基复合材料) 的优异性能, 不少人预料,人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代.

碳纤维研制和应用可以追溯到 1850 年的碳素灯丝,此后的研究应用一直处于停滞状态,到上世纪五十年代随着 工业技术的发展和军事工业的要求,

碳纤维的研制和生产,相继解决了原丝的选择和高温碳化的工业生产工艺, 使碳纤维应用才进入到一个新阶段.首先是在航空航天等军事领域的应用,逐步扩展到高级民用工业,而真正用 于建筑工程结构加固也就只有近十多来年的历史.

碳纤维和石墨纤维一般统称为碳纤维,含碳量都在 95%以上,但碳元素只有在高温高压下才能熔融,不可能直 接从碳元素制取碳纤维,理论上任何有机纤维经碳化后均可制成碳纤维,实际上目前具有工业意义的原丝仅有聚 丙烯腈纤维(PAN)和中间相沥青,各国生产碳纤维主要是以聚丙烯腈纤维为原料,经过高温碳化等特殊工艺加工 成极细的纤维丝(直径 5~10μm),提高单丝强度,使一定量纤维的表面积增大很多,更利于加强与树脂胶的结 合.

过去制约碳纤维加固技术应用的因素之一是原丝和成品的价格,刚研制成功时每公斤的碳纤维原丝价在 1000 美 元以上,当前已降至 30 美元以下;碳纤原丝产量最高的国家仍是日本和美国,而以碳纤布商品进入中国大陆市 场的则有日本,法国,瑞士和台湾等地的产品,用进口原丝加工编织的国产碳纤布亦开始进入市场,市场竞争日 趋激烈,价格正在逐渐下降.

应用:碳纤维成品在土木工程中应用主要有纤维布,纤维板,棒材,型材,短纤维等,各有不同的使用范围,而 当前加固工程中用量最大和最普遍的还是碳纤维布(片),碳纤维布常用的规格是 200g/m2 和 300g/m2,厚度

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分别是 0.111mm 和 0.167mm; 碳纤维复合板厚度一般为 1.2~1.4mm, 3~4 层碳纤布经过树脂浸渍固化 由 而成,主要用于梁,板的加固,用纤维板加固的结构,外形规整,施工简便,但原材单价较高,国内使用尚不普 及.

高性能碳纤维布的最主要指标仍是其强度,弹性模量和断裂伸长.一般抗拉强度都在 3500 Mpa 以上,弹模在 230000 Mpa 以上, 伸长率在 1.4%以上,结构加固主要是利用碳纤维的高抗拉性能,广泛用于钢筋混凝土结 构的梁,板,柱和构架的节点加固,也很适合用于古建筑物或砌体结构的维修加固,恢复和提高结构的承载能力 和抗裂性能,国内外成功的应用实例已不胜枚举.1995 年日本板神大地震和台湾大地震后之后,碳纤维作为耐 震补强材料和技术的地位得到了进一步的发展和确定.

近年来在国内不少高等院校,科研部门,和各大设计院参与到对碳纤维的应用和研究,目前国家还没有颁布正式 的设计和施工规范,在建设部确定的研究项目中,已包括有"纤维增强复合材料(FRP)用于城市桥梁的加固与修补 研究""碳纤维材料加固混凝土结构新技术"等课题,碳纤维的应用研究已得到国家的重视. ,

构造: 对于受弯构件碳纤布是粘贴于受拉区,以补充钢筋的不足,粘于梁的两侧,以提高梁的抗剪能力,缠绕

于混凝土柱外侧约束了混凝土的侧向变形,可以高柱的承载能力和柱的轴压比,缠绕于桁架的节点可使节点得到 整体的加固.碳纤布的层数可通过计算确定,考虑到各层的共同工作系数,抗疲劳的能力和避免脆性破坏,一般 建议不宜超过 5 层;从受力性能角度,单层优于多层,窄幅优于宽幅;必要时纵向可以搭接,搭接长度不得少于 100mm,要保证碳纤维端部有可靠的锚固,除满足计算要求外,还应有必要的构造措施.

粘贴:粘结剂的性能和粘贴工艺是使被加固构件与碳纤维布共同受力的保证,要求粘结剂对被粘贴界面和碳纤布 有高的粘结力和强度,抗拉,抗压,特别是粘贴抗剪强度应远高于混凝土相应的强度,粘结剂对界面和碳纤维布 都要有良好的渗透性和相容性,具有抗冲击,耐疲劳,抗老化等优异性能,因此应该采用专用的粘结剂;

完善的施工工艺是加固效果的重要因素,主要的要求是:清理,修复,整平被粘贴面,被粘贴面应干燥,防潮; 采用专用的工具,涂布粘度较大的粘结剂,对碳纤布经过适度的辗压,使粘结剂充分浸渍于单丝中;消除气泡, 不允许出现离壳,乱丝,邹折,扭曲的现象;完善的工艺和训练有素的工人,可以做到有效的粘贴面积在 99% 以上,使碳纤维的性能真正得以发挥.

缺点:碳纤维整体上无疑是一种轻质高强性能优异的新兴建材,但也有其自身的特点或缺点,碳纤维的抗剪强度 很低,延伸率小,还不到一般钢材的 1/10,应力应变关系曲线近乎直线,没有塑性平台,从这个意义上,碳纤 维是一种脆性材料,在设计和构造上应予注意;用于普通钢筋混凝土结构受弯构件中,受极限应变 0.01 的限制, 实际可采用的设计强度还不到其极限强度的 70%,颇有大材小用之感,或者用作预应力筋或斜拉桥的拉索,才 能充分发挥碳纤维的抗拉性能,但这已是另外一个的应用领域了.

碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用。

CFLY-200、CFLY-300高强碳纤维布

用途： 碳纤维布与结构胶粘剂配套使用，适用于混凝土结构、木质结构的修复加固。广泛应用于桥梁、工业、民用建筑加固，木制古建筑的修缮加固，可有效提高构件的承载力、抗震性能和耐久性。

特点：CFLY-200、CFLY-300碳纤维布系采用日本TORAY株式会社T700S高强碳纤维丝精纺而成，经国检中心认证检验碳纤维布各项技术指标均满足《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》要求。碳纤维抗拉强度高，轻质、耐腐蚀、耐酸碱，易粘贴、不增加结构自重及截面尺寸，施工质量易于保证,因而迅速应用于建筑和桥梁的加固。碳纤维布柔韧性高，可弯曲、缠绕，折叠，成型容易，对各类曲面、圆形、异型构件加固优势最为显著。

CFLY-200、CFLY-300碳纤维布技术指标

碳纤维布其他技术指标

碳纤维布品种齐全，宽度100mm、200mm、300mm、600mm为常备规格，均采用卷式包装，易于使用、贮存和运输。附件包括产品质量合格证、检验和试验报告、产品使用说明书。

碳纤维单向布加固砼技术在旧桥改建中的应用。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/obs1.html