粘貼加固方法即采用化學粘結(jié)劑將補強材料直接粘貼在混凝土構(gòu)件表面,使之與構(gòu)件形成受力整體,以提高結(jié)構(gòu)承載力的一種加固方法。近十幾年來,粘貼加固技術(shù)在國際上的研究與應用發(fā)展迅速,從傳統(tǒng)的粘貼鋼板的應用研究正朝著粘貼纖維增強復合材料(FRP)的研究應用方向快速發(fā)展,我國在這一領域的研究與應用也已積累了大量的經(jīng)驗與成果。
　　1粘貼鋼板加固技術(shù)
　　粘鋼加固技術(shù)的應用始于20世紀60年代末70年代初,法國、南非等國家首先采用該技術(shù)對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固補強,隨后瑞士、日本、英國等國家相繼采用,其中日本在1975年應用此項技術(shù)先后對200多座橋梁進行了加固,以提高結(jié)構(gòu)承受重型交通荷載的能力,取得了較好的效果。實踐證明,采用粘貼鋼板補強的方法能有效提高結(jié)構(gòu)的抗彎、抗剪及抗開裂性能。而正是由于該加固技術(shù)不改變結(jié)構(gòu)外形等特點,在許多情況下替代了增大截面加固技術(shù),成為20世紀80年代的一種先進加固方法,為設計人員所普遍采用。我國20世紀90年代初的中國工程建設標準化協(xié)會標準《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范》(CECS25∶90)及交通部頒布的國家行業(yè)標準《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTJ073-96)都將此項技術(shù)列入推廣。在這一領域,我國于20世紀80年代初就開始研制自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)粘貼用膠,加固材料的國產(chǎn)化大大降低了加固成本,有力地促進了粘貼鋼板技術(shù)的發(fā)展。到目前為止,粘貼鋼板加固法仍是混凝土橋梁加固的首選方法。
　　隨著對此項技術(shù)研究應用的不斷深入,該方法的一些不足逐漸暴露了出來。首先,鋼板因遭受污染大氣侵蝕等原因造成各種化學腐蝕而影響其加固效果,這使得后期的養(yǎng)護維修問題變得異常突出；再就是研究發(fā)現(xiàn),粘貼鋼板結(jié)構(gòu)在承受長期動載下的抗疲勞性能不甚理想,這是由于鋼板剛度較大,施工時的誤差等原因使得結(jié)構(gòu)使用中容易在粘結(jié)面上發(fā)生剝離脫空,特別是鋼板端部更易發(fā)生剝離破壞,加固設計時一般需附加螺栓加以輔助錨固,這從一定程度上增加了施工難度并對原結(jié)構(gòu)造成一定程度的損傷。
　　2粘貼FRP加固技術(shù)的研究應用
　　纖維增強復合材料是以連續(xù)纖維浸漬在用于粘合纖維的聚合物中硬化后形成的。目前結(jié)構(gòu)工程中常用的FRP材料主要是樹脂基體的玻璃纖維(GFRP)、碳纖維(CFRP)和芳綸纖維(AFRP)等3種；FRP產(chǎn)品在外形上大概分為筋、片材、管材、型材等幾種。各種FRP材料的力學性能參數(shù)變化范圍很大,但都具有一些共同性質(zhì)：高的強度重量比和剛度重量比率、拉斷前為彈性、熱膨脹系數(shù)低、各向異性、輕質(zhì)、耐腐、無磁、良好的抗疲勞性及高的耐久性等。由于這些性質(zhì)以及其產(chǎn)品應用于工程中可設計性強、施工簡便及使用維護成本低等特點,使得FRP現(xiàn)在已成為國內(nèi)外土木工程界中研究和應用的熱點。FRP產(chǎn)品在土木工程中的應用可以分為2類：(1)用于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的修復和加固；(2)直接用于增強新建結(jié)構(gòu)。它們在工程中成功應用的基礎是新的復合結(jié)構(gòu)的概念和體系,并與傳統(tǒng)材料如鋼、混凝土結(jié)合起來,充分發(fā)揮了各自材料的優(yōu)點。
　　2.1FRP加固技術(shù)發(fā)展簡介
　　碳纖維作為一種高科技材料,最早主要應用于航空、軍事等領域,以后逐漸發(fā)展到船舶、汽車及體育用品等領域。自20世紀80年代后期開始,歐洲一些國家以及美國、日本、加拿大等國一直在開展FRP加固結(jié)構(gòu)技術(shù)研究工作并進行了大量的工程實例應用,各國的混凝土研究或管理機構(gòu)相應制定了有關FRP加固結(jié)構(gòu)設計及施工等方面的規(guī)范、規(guī)程、指南等。CFRP以其優(yōu)異的物理力學性能而在FRP材料中備受推崇,并日益得到更廣泛的應用。
　　我國在這一領域自20世紀90年代中期起步,業(yè)已取得了大量研究成果,相關標準正在編制中,其中《碳纖維片材加固修復混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》已于2001年完成報批稿,《結(jié)構(gòu)加固修復用碳纖維片材》和《片材加固修復結(jié)構(gòu)用粘結(jié)樹脂》兩項產(chǎn)品標準已完成征求意見稿,《高性能纖維復合材料應用技術(shù)規(guī)范》及《公路混凝土橋梁的加固技術(shù)規(guī)程(討論稿)》也正在編制中。目前,FRP產(chǎn)品在我國的應用大多在工業(yè)與民用建筑物結(jié)構(gòu)的加固修復中,這與其他國家不同。例如在日本,1987年~2000年共計應用CFRP600余萬m2,其中41%的數(shù)量應用于橋梁的加固補強,其他國家應用FRP加固補強橋梁結(jié)構(gòu)的數(shù)量也很大。我國近幾年在FRP加固補強橋梁結(jié)構(gòu)方面的研究應用正在加快發(fā)展步伐。
　　2.2粘貼CFRP加固橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)
　　目前,我國在橋梁加固方面主要是研究應用粘貼CFRP片材(碳布)加固技術(shù)。碳布根據(jù)纖維方向分為單向布和雙向布2種,其中以應用單向布為主,其拉伸強度是等截面普通鋼材的10倍或更高,彈性模量在(2.4~6.4)×105MPa,是一種較理想的混凝土結(jié)構(gòu)加固補強材料。試驗證明,碳布粘貼加固橋梁構(gòu)件能大幅度提高梁板的抗彎、抗剪性能以及混凝土柱的抗壓、剪、彎能力,并能顯著提高橋梁構(gòu)件剛度及延性(如抑制開裂、降低撓度等)。
　　與傳統(tǒng)的粘鋼加固技術(shù)相比,粘貼CFRP布加固技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：高強高效,可設計性強,適用范圍廣；基本不改變原結(jié)構(gòu)外觀,不會對原結(jié)構(gòu)造成損害；運輸、儲存、施工更方便、快捷,更易保證施工質(zhì)量而且后期維護費用低；其化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,在耐候性、耐腐蝕性以及抗疲勞性能等方面的優(yōu)良品質(zhì)更是粘貼鋼板所無法比擬的,并且實驗表明其對結(jié)構(gòu)有著良好的隔離氯化物離子的效果。
　　2.3FRP加固技術(shù)應用需注意的問題轉(zhuǎn)貼于 中國鳴網(wǎng)學術(shù)站點 http://www.mingmw.net
　(1)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料不同,FRP材料通常表現(xiàn)為各向異性,例如上面提到的單向碳纖維布,它只在沿纖維方向上的強度和彈性模量較高,而在垂直纖維方向則很低,這是在加固設計時要充分考慮的問題。另外,部分FRP產(chǎn)品,如玻璃纖維等的彈性模量較低也是其作為結(jié)構(gòu)材料的劣勢,設計中要充分考慮。
　　(2)FRP材料的物理力學性能還有一個特點,就是其抗剪強度僅為其抗拉強度的5%~20%,這使得材料的連接成為突出的問題,設計中要充分考慮合理的連接方式、連接尺寸、連接位置以及盡量減少連接等。
　　(3)FRP產(chǎn)品的質(zhì)量及其配套用粘結(jié)材料的可靠性是保證FRP粘貼加固技術(shù)成功應用的關鍵。首先,FRP材料編制生產(chǎn)的勻質(zhì)性、材料拉伸強度等技術(shù)指標的離散性等,都對結(jié)構(gòu)可靠度指標有很大影響(設計時要考慮指標折減)；其次是配套用各種樹脂材料的粘結(jié)相容性等性能指標更是保證可靠粘結(jié)的關鍵,因為在FRP材料設計用量充足的條件下,粘結(jié)部位的剪切破壞是制約FRP材料性能充分發(fā)揮的最大因素,而且,FRP材料對環(huán)境變化的敏感程度遠比FRP材料與混凝土之間的粘結(jié)面低,解決FRP材料加固混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的關鍵就是解決粘結(jié)面的耐久性問題。一些關于FRP-混凝土界面粘結(jié)剝離破壞形式下的耐久性能測試表明,使用不同的粘結(jié)材料,結(jié)構(gòu)抗彎性能下降的幅度不同,分別在3%~33%之間。
　　(4)大量研究表明,雖然FRP材料本身的抗疲勞性能優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料,但初始缺陷和工作環(huán)境對FRP材料抗疲勞性能的影響非常顯著。在這一方面,除首先保證施工質(zhì)量外,有一些問題還待進一步研究。
　　(5)施工控制和加固質(zhì)量檢驗是粘貼加固工程中要認真對待的問題。例如施工時環(huán)境溫度、濕度、通風條件等的控制,結(jié)構(gòu)表面處理、粘結(jié)位置、粘結(jié)劑有效使用期和涂層厚度等的控制,養(yǎng)護方法及時間要求,以及現(xiàn)場正拉粘結(jié)強度試驗等。因此要求盡量選擇有經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍并嚴格按設計要求施工并進行檢測驗收。
　　(6)與混凝土相比,一般FRP材料的防火性能較差,而且部分樹脂材料在持續(xù)高溫情況下會出現(xiàn)軟化現(xiàn)象,并導致材料力學性能的降低。這一問題也應引起注意并加以深入研究。當然,橋梁結(jié)構(gòu)對這一方面的要求相比建筑結(jié)構(gòu)較少。
　　3結(jié)語
　　隨著交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展和保障公路橋梁安全運營的實際需求,公路橋梁養(yǎng)護的管理工作包括橋梁養(yǎng)護方面的科研工作將成為今后交通部門的重點工作之一。相信隨著科技的發(fā)展,科研工作的不斷深入,以及廣大科研、生產(chǎn)、設計、施工、管理人員等的共同努力,新材料、新技術(shù)的應用將會在今后的橋梁加固改造工作中發(fā)揮日益重大的作用。

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文章來源： 永年加固公司
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