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碳纤维布加固技术在水利工程中的应用

人气:167 发表时间: 2018-09-30

 碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术,是将碳素纤维这种高性能纤维应用于土木工程,利用树指类材料把碳纤维粘贴于结构或构件表面,形成复合材料体CFRP,通过其与结构或构件的协同工作,达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。我国碳纤维加固的应用实践先于理论,相关的技术不十分成熟,当前只有GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》、CECS146:2003《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》推荐给工程设计、施工、检测、使用单位采用。 
 
  一、工程概况及存在的质量问题 
  某水利工程位于某市城东南1.5km,是跨越该市一条河谷的一座大型输水建筑物。该工程设计流量52m3/s,校核流量55m3/s,控制下游灌溉面积10.6万hm2,占塬上灌区灌溉总面积11.6万hm2的91.3%,是该市某灌区的咽喉工程。该工程为双管桥式,单管斜长880m,最大水头70m。钢筋混凝土管平段从填方体上通过。钢管通过河流处架设一座七孔四跨双悬臂钢筋混凝土桥,桥体高14m,桥宽10.8m,长112m。 
  该工程施工完成后,经施工单位的检查,该工程泄洪闸交通桥和闸墩混凝土出现了碳化,且碳化深度比保护层厚度要高出很多,对交通桥大梁的使用性有严重影响,需要实施加固处理。鉴于碳纤维布加固修补结构技术在当前的水利工程中的成熟运用,本次加固设计也同样考虑使用碳纤维布加固修补。 
  二、碳纤维布加固的技术理论 
  用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能,其抗拉强度一般为建筑用钢材的十几倍;但是碳纤维材料织成碳纤维布后,其中的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作。 


  由于碳纤维布材料优异的物理力学性能,在加固修补混凝土结构中可以提高混凝土结构及构件的承载力和延展性。外贴纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材,通过二者共同受力,达到加固目的。碳纤维布材料具有高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点,其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右,弹性模量略高于普通钢筋。 
  三、碳纤维布加固技术特点 
  1、高强高效、高弹性模量,其抗拉强度比普通钢材高8~10倍,将它用粘结树脂与结构粘贴后形成一体,能可靠地与钢筋混凝土共同工作,有优异的补强效果,且适用面广、质量易保证。 
  2、施工便捷,工效高,没有湿作业,不需现场固定设施,能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸,可多层粘贴,并能有效地封闭混凝土的裂缝,施工占用场地少。而采用传统的加固补强方法,如包混凝土法、粘钢法,均需进行大量剔凿、植筋、焊接、浇混凝土作业,碳纤维布施工却不需要。因此,它对施工空间要求很低,便于狭窄空间作业,对生产、使用的干扰很小。 
  3、耐腐蚀及耐久性能极佳。碳纤维能有效地防护构件的混凝土和钢筋免职受酸、碱、盐、水等介质的腐蚀。碳纤维与胶结构本身及经其补强的构件可以长期承受紫外线、核幅射;长期在-54~80e下使用,强度不会降低;经加速暴露老化试验验证可历时40年性能不变;且在表面涂装后,耐用性更加突出。 
  4、加固修补后,基本不增加原结构自重,能保持结构原状,外形美观,同时原构件尺寸不会有太大的变化。粘贴后表面可以涂刷、粘贴饰面材料、防火材料。

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