碳纤维加固施工方案.docx
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碳纤维加固施工方案
碳纤维加固施工技术交底
一、编制说明
为了指导碳纤维加固斜腹杆施工,在保证量,保安全的前提下,合理高效的完成施工任务而编制本施工技术交底。
二、工程概况
1、舟曲城江桥位于甘肃省甘南藏族自治州舟曲县老城区中心,是2010年8月舟曲县遭遇特大山洪泥石流灾害后幸存的唯一一座桥梁,是当地居民的重要交通道路,该桥对舟曲县交通运输、经济发展起着至关重要的作用,该桥始建于1996年12月,于1997年投入运营。
跨径组合:
18.5m(南边跨)+70m(主跨)+15m(北边跨)=103.5m,桥长:
121m;
桥面宽度:
1.5m(人行道)+7.0m(行车道)+1.5m(人行道)=10.0m;
桥面横坡:
双向1.5%;
设计荷载:
汽-20级,人群荷载3.5KN/m2;
抗震设防烈度:
8度,地震动峰值加速度0.2g,抗震设防类别:
C类;
2、桥梁安全等级:
一级;
3、矢跨比:
1/7;
4、桥梁现状
舟曲城江桥原设计荷载为汽-20级,原抗震设防烈度为8度。
经过14年的运营,再加上舟曲特大山洪泥石流的影响,桥梁多处破坏,有10根横系梁断裂,根据《舟曲城江桥灾后静、动载测试与检定报告》,桥梁横向刚度损失过大,存在严重安全隐患。
桥梁目前现状及主要病害如下:
(1)桥面及附属构筑物
①栏杆破坏严重,多处出现裂缝,混凝土剥落,漏筋,部分栏杆缺失,对行人的安全造成极大隐患,上游侧跨中栏杆向上拱起产生拉裂裂缝。
②桥面铺装多处被碾压破坏,雨后桥面存在积水,局部有坑洼出现。
③由于该桥为预制拼装结构,人行道与车行道交界处桥面积水部位桥面铺装破坏,雨水沿该处渗入桥面底部,对桥梁上部结构的耐久性和承载力产生不利影响。
④悬臂梁由于悬挑长度较大,悬臂梁部分开裂;同时由于周围居民较多,该桥上游侧长期停满大小车,偏载现象严重,造成桥梁受力严重失衡,对桥梁安全性造成严重影响。
(2)桥梁上部结构
桥梁跨中实腹段在抢险过程中采用底部粘贴钢板和节点处粘贴纤维布进行了临时加固。
桥梁斜腹杆和主拱肋之间的横向联系破坏严重,共有10根横系梁发生断裂破坏,对桥梁结构的整体性造成严重影响,结构横向受力不均,极大降低了横梁结构的承载能力和整体性。
(3)桥梁下部结构
桥梁南引桥桥台外观质量较好,线条竖直度好,上部伸缩缝处渗水对桥台造成一定腐蚀,桥台泛碱,表面无结构性裂缝;北引桥桥台由于条件所限,具体情况不能直接观查到;主桥南桥台基本完好;主桥北桥台仍被掩埋在泥石流的残留物中,能观察到的部位桥台混凝土局部剥落。
5、病害分析
(1)结构本身:
a.桁架拱桥为分配装配式组拼结构,主要由预制桁架、微弯板、悬臂板、悬臂梁和桥面板逐步拼装而成,整体受力性能较差;
b.节点处连接构件较多且为刚性连接,动荷载作用下节点处易产生裂缝;
c.抗扭性能较差,偏心或扭转荷载作用下易损伤。
(2)自然灾害:
城江桥处于泥石沟上游,当泥石流在河道壅积时,迅速掩埋了桥梁结构的下部,在该过程中泥石流对桥梁产生了较大的横向冲击作用和竖向压力作用,使冲击结构和构件受力改变,产生了较大的破坏作用。
6、根据《舟曲城江桥灾后静、动载测试与检定报告》(兰州铁成工程检测有限公司、甘肃土木工程研究学院、兰州交通大学),桥梁主要检定结论如下:
(1)舟曲城江桥受泥石流影响后的破坏严重,上部结构评定为E级,即危险状态,下部结构评定为C级,即合格状态,整座桥梁评定为D级,即不合格的状态。
(2)舟曲城江桥受泥石流的影响后的承载力有所降低,强度储备不足。
(3)舟曲城江桥受泥石流影响后的静刚度储备不足。
(4)舟曲城江桥动力状态评定为较差状态,桥梁结构在竖向和横向的动力刚度不满足设计和使用要求。
(5)舟曲城关桥受泥石流影响后不能够满足通过汽-20的荷载等级要求。
从桥梁的外观调查和荷载试验结果可以看出:
舟曲城江桥受泥石流冲击作用,多构件破损严重,整体性能变差,承载能力变小,安全性降低,安全隐患严重,已成为危险桥梁,应禁止一切车辆通行,并立即进行维修加固。
三、编制依据
1、公路桥梁加固施工技术规范(JTG/TJ23-2008)
2、舟曲城江桥维修加固工程施工设计文件
3、公路桥涵养护规范(JTGH11-2003)
四、施工范围
斜腹杆粘贴碳纤维加固
五、编制原则
节约资源、确保质量、安全,科学、规范施工
六、施工项目经理部资源配置
1、人员配置:
普工10人、碳纤维粘贴操作人员12人、配料工二人。
2、机具投入:
毛刷20把、滚刷15把、打磨机6个、裁切刀三吧
七、材料准备
1、碳纤维布100平米
2、胶料500公斤
八、技术准备工作
1、熟悉图纸及相关规范
2、对原材料进行见证取样做实验、并委托具有相应资质的实验单位进行做实验,及相关配比实验。
3、对原桥实际情况和设计的情况进行比较,核对工程量。
4、参与设计技术交底和图纸会审。
九、施工工艺
1、施工准备。
2、砼表面处理。
3、底层树脂配制并涂刷。
4、找平材料配制并对不平整处修复处理。
5、浸渍树脂或粘贴树脂的配制并涂刷。
6、粘贴纤维布。
7、表面防护。
十、施工方法
1、对被加固砼表面作打磨处理,除去风化层,露出新茬,清除灰尘,保持清洁。
2、将表面处理树脂均匀涂刷在待施工的界面上,不得有遗漏处。
3、待表面树脂不粘手时,用修平树脂找平基面,做到基面平整无凹陷处。
4、待修平树脂不粘手已基本固化后,即可将浸渍树脂均匀涂刷在上面,厚度约3~5mm,不得有过厚、过薄或有遗漏处。
5、将碳纤维单向布展开、拉紧,平铺在涂有浸渍树脂的基面上,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平、直,中间无空穴、无气泡。
6、第二层及以后单向布的铺设与第4、5二项的操作及要求相同。
7、在铺设滚压最后一层单向布后,应做一次最后的压平、整理,并再涂浸渍树脂,厚度约1~2mm。
8、加固层完全固化时间约7d,完全固化后即可根据设计要求,涂刷防护及装饰外用面漆。
十一、施工技术要求
碳纤维布加固技术是依赖于碳纤维布与混凝土表面的粘贴效率,所以一般要求基面的混凝土强度等级不低于c15,同时要求被加固构件应具有良好的保护层,即基面平整且具有一定强度。
对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝及严重碳化等表面缺损,必须先进行修复,并应将粘贴基面打磨平整、整理干净,而且不应有尖锐楞角和浮灰粉尘,以防止碳纤维布的局部破坏和粘贴失效。
涂刷底层树脂时,一般按比例准确配制好胶水后搅拌均匀,且一次调和量应在可使用时间内用完,以确保粘结质量。
在涂刷过程中,要用滚筒或刷子均匀地涂抹在基面上,实际施工时要注意直横均匀涂抹,自然风干。
若在冬季施工时,则胶的粘度较高,不能涂得太厚,底胶硬化后,在表面有凸起部分时,要用磨光机或砂纸打光;待底胶手指接触干燥后,才可以涂刷找平树脂与粘结树脂。
用碳纤布加固混凝土构件,使碳纤维与粘结材料充分浸润,并用专用的滚筒顺纤维方向多次滚压,挤除气泡,使碳纤维布与浸渍树脂充分结合,以确保粘结效率。
由于在实际施工过程中,经常需要对碳纤维布进行搭接和截断处理,对于加固用的碳纤维布一般不宜采取沿主纤维方向的搭接,尤其是对受拉构件和受弯构件受拉区的加固。
根据国内外对碳纤维布与混凝土间的粘结锚固的试验结果,粘结应力主要集中于端部100mm范围内,粘结破坏是脆性的,且粘结应力一般不会产生扩展。
因此,若碳纤维布确需搭接时,其搭接部位应避开构件应力最大区段,搭接长度不应小于100mm,且搭接端部应平整无翘曲。
若碳纤维布需多层搭接,则各层接口位置,不应在同一面,其接口位置的相互净距一般应大于200mm。
在碳纤维布加固施工时,对于周围环境的温度和湿度都有一定的要求,一般施工时都应在5℃以上的温度条件下进行,且湿度过大对于树脂固化有着不利的影响,因此在雨天和可能结露的天气,应当停止施工。
由于环氧树脂在低温下固化过程比较缓慢,涂层不易均匀,因此一般施工温度都选择在15℃~28℃的温度下进行施工。
如果施工时气温较低,必须采取相应得加温养护措施,如用紫外线灯烘烤等措施来进行施工。
粘贴时树脂涂刷要均匀,并用力刮平,将气泡挤出来,以免形成空鼓和脱胶,影响加固补强的效果。
若检查发现粘贴出现了空鼓现象,可采取注入环氧树脂法、割刀切入填充树脂修补法、补丁修补法等措施予以弥补。
十二、质量标准
a混凝土构件的粘合面有污物时,应先用非金属砂干法喷砂吹除,或用硬毛刷粘高效洗涤剂刷除表面油垢。
当混凝土表面有的松散层,则应先刮除,用清洁压缩空气吹掉灰尘和颗粒,对粘合面进行打磨,除去表层,直至露出新面,并用无油压缩空气吹除粉粒。
待完全干燥后用丙酮擦拭表面。
b如混凝土表面较为干净,则可直接对粘合面打磨,去掉表层,用压缩空气除去粉尘或用清水冲洗干净,待完全干燥后用丙酮擦拭表面即可。
c对新混凝土粘合面,由于水泥水化时生成的Ca(OH)2碱性很强,须先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去,再用硬毛刷沾洗涤剂刷洗表面,然后用稀盐酸涂刷至表面起泡为止,20分钟后用水洗净。
d对于湿度较大的混凝土构件或龄期在三个月内的混凝土构件,除满足上述要求外,还需进行人工干燥处理。
e碳纤维缠绕构件粘贴时,若补强构件有尖锐隅角,须将隅角磨成圆弧,以免粘贴后造成应力集中而降低补强效果;补强的构件存有凹角时,则需使用环氧树脂砂浆修整,使其平整;若面层上有孔隙、蜂窝,要用不低于被补强混凝土强度的环氧树脂砂浆进行修补;露筋部分要做防锈处理。
f底胶、整平胶、粘结胶应配料准确,拌和均匀,并不得混入水、灰尘或其它杂质。
如果胶混合后放置时间超过了使用时限,应禁止使用。
g底胶应均匀涂抹于混凝土表面,厚度不宜超过4mm,不得有漏刷、气泡。
如底胶硬化后有凸起部位时,应打磨平整并清理干净。
h粘贴碳纤维布时,应在碳纤维表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布表面,以除去气泡使碳纤维布充分浸润胶料。
k当工作环境可能导致构件表面落灰或沾附水分时,应当采取防护措施,施工现场严禁火源。
l施工时的现场温度应不低于5℃,当气温低于5℃时应使用适用于低温条件下的特殊粘结剂或采取加温处理措施;如果气温长期低于5℃,应暂时停止施工。
m碳纤维和碳纤维加固用底胶、整平胶、粘结胶应符合现行国家材料标准的规定和设计要求,并附有厂家提供的材料检验合格证明和产品鉴定文件,经抽样合格后方可使用。
n碳纤维布的力学性能指标应满足设计要求,其中抗拉强度标准值、弹性模量、极限延伸率三项指标必须满足下表要求。
碳纤维布力学性能指标
项目
规定指标
抗拉强度标准值(MPa)
≥3000和设计要求
弹性模量(MPa)
≥2.1×105
极限延伸率(%)
≥1.5
s底胶、整平胶性能指标应满足下表规定和设计要求
底胶、整平胶的性能指标
项目
性能指标
试验方法
正拉粘结强度
(MPa)
不小于被加固混凝土的抗拉强度标准值
《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:
2003)附录A
粘接胶性能指标应满足下表规定和设计要求
粘接胶性能指标
基本性能项目
规定指标
试验方法
胶
体
性
能
压缩强度(MPa)
拉伸强度(MPa)
弹性模量(MPa)
拉伸剪切强度(MPa)
满足《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:
2003)的规定和设计要求
GB/T2569-1995
GB/T2568-1995
GB/T2568-1995
GB7124-86
粘结性能
正拉粘结强度
(MPa)
不小于被加固混凝土的抗拉强度标准值
《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》(CECS146:
2003)附录A
工艺性能
可操作时间(min)
适用温度(oC)
混和后初粘度(cps)
>5oC时,>60
5~40
<5000
ASTMD-24
ASTMD-23
q碳纤维布的力学性能指标参照GB/T3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》测定。
碳纤维布和胶体每200m2制作一组试件,不足200m2按200m2计。
w碳纤维工程施工前,混凝土表面不得有水渍或灰尘,并不得有较尖锐或较高的突起。
r碳纤维布与混凝土之间应粘结紧密,当出现空鼓等粘贴不密实的现象时,应将粘结树脂注射进空鼓部位以补救,单个空鼓面积<1000mm2充胶修复;≥1000mm2割除修补;如果有效粘贴面积低于总粘贴面积的95%则粘结无效,应重新施工。
碳纤维应平整顺直,不应有物理划痕。
t碳纤维施工后24小时内,应防止雨淋或风沙、灰尘的污染;
y碳纤维加固混凝土工程实测项目
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
规定分
1
碳纤维布尺寸(mm)
-2
尺量,全部
20
2
平整度(mm)
2
用50cm直尺,每个粘贴面检查6尺
20
2
碳纤维有效粘贴面积
≥95%
敲击,全部
30
3
位置(mm)
10
尺量,抽样20%
15
4
沿纤维方向搭接长度(mm)
≥100
尺量,抽样20%
15
u外观鉴定,最外层碳纤维布表面的粘贴胶涂抹均匀。
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