粘贴钢板加固桥梁,环氧玻璃钢在水泥裂缝修补
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1 工程概况

粘贴钢板加固桥梁是非常重要的,了解桥梁加固的每个细节,才能更好的保障正常使用,每个细节的处理都很关键。本网小编就粘贴钢板加固桥梁和大家说明一下。

江苏省淮海农场位于淮河下游,苏北灌溉总渠尾闸两岸,东临黄海。自1952建场以来,大搞水利基本建设,其中有5座公路桥建于1958年10月,中跨5m ,边跨4.5m的简支钢筋混凝土T梁结构。因施工时混凝土中掺入了一些粉煤灰,使工作质量先天不足,投入运行后公路桥大梁多处出现裂缝宽度超过允许值,较宽处已达0.48mm,给安全运行带来严重威胁。1996年底开始对公路桥大梁上大于0.3mm的裂缝采用粘贴环氧玻璃钢的技术加固。

采用环氧树脂系列粘结剂将钢板粘贴在钢筋混凝土结构物的受拉缘或薄弱部位,使之与原结构物形成整体共同受力,以提高其刚度,改善原结构的钢筋及混凝土的应力状态,限制裂缝的进一步发展。从而达到加大补强、提高桥梁承载能力,是粘贴钢板加固法的目的。

2 产生裂缝原因分析

1.钢与混凝土的粘结强度

随着车流量日益增加,桥面荷载已大大超过原设计标准,致使桥梁结构严重受损。原公路桥设计标准为汽车-10级,校核标准为拖车-60,T梁设计彩170级混凝土,而且每年冬春季节都有大量各种大型车辆通过。1995年9月,笔者对这5座公路桥进行了全面调查,并以回弹仪测验了其碳化深度。通过调查发现,几乎每座公路桥大梁都有不同程度的裂缝,混凝土碳化深度已超过钢筋保护层,凿出一个深度为56mm的碳化测试点,实际主筋保护层厚度为25mm,说明钢筋偏位较多,主筋有轻度锈蚀。裂缝产生的主要原因是超过设计标准的车辆的过往,混凝土老化现象亦加快了裂缝的发展。

1.1 粘结抗剪试验

3 修补加固措施

在C40级的混凝土立方体试块上,用结构胶粘合两块大小相同的钢板,在结构胶完全固化后。进行剪切试验,结果表明,剪切破坏发生在混凝土,而不在粘结面上,混凝土的破坏面大于粘合面。可见,粘结抗剪强度大于混凝土的抗剪强度。

为延长这5座公路桥的使用寿命,对缝宽大于0.3mm的裂缝,选用粘贴环氧玻璃钢的措施进行修补,大梁表面及桥面板底部,用环氧厚浆涂料喷涂2遍。

1.2 粘结抗拉试验

3.1 环氧玻璃钢基本特征与粘结强度

把两块钢板对称地粘结在C40级的混凝土立方体试块上,进行抗拉试验。结果表明,拉断面发生在混凝土试块上。而粘结面完好,混凝土的破坏面大于粘合面。可见,粘结抗拉强度大于混凝土的抗拉强度。

3.1.1 环氧玻璃钢的基本特性

上述试验表明,用结构胶粘结的钢板与混凝土,无论其粘结抗剪,还是粘结抗拉,破坏均发生在混凝土,粘结强度取决于混凝土的自身强度。因此,钢板与混凝土的粘结抗剪、粘结抗拉强度,可取等于混凝土的抗剪强度、轴心抗拉强度。

物理性能好。抗弯、抗拉强度可达300-400MPa,抗压强度可达200MPa,吸水率小,与其它复合材料比,有较高的粘合力;

2.粘贴钢板加固设计

强度高。环氧玻璃钢密度为1.6,由于抗拉强度高,因而能以较小的单位重量获得较高的强度;

为了提高桥梁结构的抗弯能力,一般在构件的受拉缘的表面粘贴钢板,使钢板与原结构形成整体来受力,此时以钢板与混凝土粘结处的混凝土局部抗剪切强度控制设计。合理与安全的设计应控制在钢板发生屈服变形前,粘结处混凝土不出现剪切破坏。

耐久性好。具有良好的耐化学腐蚀性和耐水性;

当桥梁结构的主拉应力区斜筋不足,为了加固和增加结构的抗剪切强度时。可将钢板粘贴在结构的侧面,并垂直于剪切裂缝的方向斜向粘贴(斜度一般为45°-46°),以承受主拉应力。

施工工艺简单。操作方便,容易维修。

补强设计时,钢板可作为钢筋的断面来考虑,将钢板换算成钢筋,原有构件承受恒载与活载,增加的钢板承受原有构件承受不了的那部分活载。

3.1.2 环氧玻璃钢胶粘剂的配制及粘接强度

在构件设计时,加固用的钢板可按实际需要采用不同的形状,但钢板的厚度必须比计算出的厚度大些。用于抗弯能力补强的钢板尺寸应尽可能薄而宽、厚度一般为4~6 mm,较薄的钢板可有足够的弹性来适应构件表面形状。用于抗剪能力提高的钢板厚度宜厚点,可依设计而定,一般采用10~15mm。

胶粘剂主剂为无锡6101环氧树脂,另加增韧剂、固化剂、稀释剂等,经现场试验配制,配比见表1。

设计钢板长度时,应将钢板的两端延伸到低应力区,以减少钢板钳固端的粘结应力集中,防止粘结部位构件出现裂缝或粘贴钢板被拉脱现象的发生。

表1 环氧玻璃钢胶粘剂配方

粘钢法加固桥梁,如何确保钢板和外加固构件形成整体受力是加固成功与否的关键,所以,在补强设计时,除应考虑钢板具有足够的锚固长度、粘结剂具有足够的粘结强度和耐久性外,为避免钢板在自由端脱胶拉开,端部可用夹紧螺栓固定,或设置u型箍板、水平锚固板等,并在钢板上按一定的距离用螺栓固定,确保钢板与混凝土之间的粘结力满足抗拉或抗剪强度的需要。

原材料

3.材料与构造要求

6101环氧树脂

加固所用的粘结剂,必须是粘结强度高、耐久性好、具有一定弹性。

二丁脂

加固使用的钢板,一般以3号钢或16号锰钢为宜。钢板、连接螺栓及焊缝的强度设计值,应按现行国家标准《钢结构设计规范》规定采用。

二甲苯

粘钢加固结台面的粘结强度,除粘结剂本身强度应确保外,主要取决于被加固构件混凝土强度。因此,粘钢加固基层的混凝土强度等级不应低于C15 。

乙二胺

对于受压粘结钢加固,当采用梁侧粘钢时,钢板宽度不宜大于梁高的1/3。

主剂

粘结钢板在加固点外的锚固长度,除满足计算值外,尚应保证一定的构造要求;对于受拉区,不得小于200t(t为钢板厚度),亦不得小于600mm;对于受压区,不得小于160t,亦不得小于480mm;同时,锚固区尚宜增设U型箍板或螺栓等附加锚固措施。

增韧剂

为防止钢板锈蚀,延缓粘结剂的老化,钢板表面应作密封防水防腐处理。

稀释剂

4.粘贴钢筋法特点

固化剂

粘贴钢筋加固法一般用在桥梁结构的抗拉强度不足,受拉部位产生裂缝时,在受拉部位粘贴钢筋对桥梁进行加固,以便增强桥梁抗弯部位外纤维的抗拉能力。粘贴钢筋具有与结构物粘附性能较好、加工成型容易、用钢量少、锚圊牢靠方便、加固效果明显等特点。一般采用环氧砂浆粘贴钢筋,环氧砂浆的厚度以不使钢筋外露为标准。为便于施工和加强补强钢筋和原结构更好地形成整体,可在原结构上间隔一定距离设置短钢筋锚杆。

配比

5.加固施工工艺要点

100

搭设支架,在支架上设有支承梁和成型模板。

15-20

对原结构被加固部位的混凝土表面进行处理,确保粘贴效果更好。混凝土表面要清除破碎部位、凿平拉毛,使骨料露出,用钢丝刷或压缩空气把浮尘清除掉。

10

安装锚杆和布设钢筋。钢筋布设前,应先把钢筋接被加固部位的外形整形截好,除锈后再用丙酮擦拭干净,放在模板上扎成排栅,或在桥下点焊成排栅再就位。就位前,先在钢筋排栅表面涂一层环氧树脂胶浆,然后再用锚杆固定在构件的底面上。

6-8

粘结。为便于脱模,粘贴钢筋前先在模板上铺一层塑料薄膜,再将环氧树脂砂浆均匀地摊铺在模板上,厚度稍大于设计值。粘贴时,在模板与支承梁之间打人木楔,将模板顶起压在构件底面的补强钢筋上,使环氧砂浆压入钢筋的间隙,与原结构的混凝土粘为一体。

环氧玻璃钢与混凝土表面的粘结强度以剪切和剥离强度表示,按表1配方试验测出数据见表2。

待环氧砂浆固化后拆除模板,并立即对粘贴质量进行检查,若发现空洞等缺陷,应及时用环氧砂浆进行修补。

表2 环氧玻璃钢粘结强度试验

对加固部位表面进行防护处理。一般先清除补强钢筋表面的锈斑和尘污,然后涂一层环氧树脂薄浆罩面,再涂两层防锈漆在上面进行保护。也可在加固部位表面喷射一层混凝土保护层,防止补强钢筋锈蚀。

粘结材料

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胶粘剂

剪切试验

剥离试验

强度

破坏情况

强度

破坏情况

玻璃钢与水泥板

环氧胶粘剂

> 3.89

混凝土表面破坏

0.379

部分混凝土表面、部分粘结面破坏

3.2 施工工艺

3.2.1 粘贴部位、层数、面积与宽度

对裂缝大于0.3mm以上的进行粘贴三胶二布环氧玻璃钢,粘贴宽度为20mm,搭接的长度大于50mm。

3.2.2 混凝土表面处理

基体表面状态是决定粘贴使用效果的关键因素之一,表面处理好坏,粘贴效果相关很大。环氧玻璃钢粘贴前,人工用刮铲将混凝土表面的污渍铲除,再将裂缝处松散砂浆清除,然后用粗砂纸打磨一遍以除油污、锈斑,再用钢丝刷将混凝土表面刷糙,较后用丙酮或汽油等溶剂洗刷被粘贴面2遍,将浮灰、油脂彻底洗去。

另外亦可采用机械喷砂对混凝土表面进行处理,该方法具有质量好,工效高等优点。但粘贴面积较小时,较少采用。

3.2.3 粘贴环氧玻璃钢

粘贴用人工手糊。主要采用分层间断法,少部分孔采用多层连续法。

1)分层间断法

施工工序为:涂刷打底料-刮环氧腻子-间断刷贴已裁剪好宽200mm的环氧玻璃钢-涂刷面层料。施工质量要求:底料涂刷于混凝土表面上要薄而匀,避免漏涂、流挂,自然固化时间不小于6h。混凝土表面凹凸不平处,要用腻嵌压填平,自然固化时间一般为12h。刷一道环氧胶粘剂,贴一层环氧玻璃钢,边贴边用漆刷由中间向两边轻轻刮压平整,赶走气泡,不起趋纹,不留空腹点,要求环氧玻璃钢全部浸透,一般固化时间12h,固化后对毛刺、突边、气孔进行整修。检查合格后,再按上述程序粘贴第二层环氧玻璃钢,自然固化12h后,再较后涂刷面层环氧胶粘剂一遍。

2)多层连续法

多层连续法施工中,涂刷打底料和刮环氧腻子与分层间断法相同。不同的是,在靠前层环氧玻璃钢粘贴完毕,检查合格后,不等固化即在同部位按同样的方法连续粘贴第二层环氧玻璃钢。多层连续法施工能缩短时间,但质量不易掌握,所以操作要特别谨慎,小心轻刮,不要将前一层的环氧玻璃钢弄出突边,搭接处要仔细压紧。同样湎层胶粘剂要使环氧玻璃钢全面浸透。

通过检查、测试,两种粘贴方法均能满足质量要求。

3.3 质量控制

除了上述施工中应控制的质量要求外,尚需要做到以下几点:

1)粘宽200mm的环氧玻璃钢要以裂缝为中心线对称贴,即在裂缝的两侧尽量做到均为100mm。

2)环氧玻璃钢的上下搭接缝要错开,搭接不小于50mm,搭接口向下,圆角处要把环氧玻璃钢剪开。

3)施工后的环氧玻璃钢外允质量要求达到:平整、贴实、无毛刺、无所泡、无漏胶、不突边、无皱纹、不脱胶。

4)在施工现场做“8”字模砂浆试件和?40mm圆钢模试件,进行环氧胶粘剂的粘结抗拉试验,并要求“8”字模砂试件的28天龄期平均粘结抗拉强度不低于3MPa和满足试件破坏情况下不在粘结面被拉坏的指标。

3.4 施工注意事项

1)粘贴环氧玻璃钢宜在气温20°C左右,湿度不大于80%的条件下施工,雨天不宜施工,晴天施工要防止灰尘及阳光直射。

2)环氧胶粘剂要随配随用,少配勤用。

4 结语

4.1 结构胶粘剂力学性能

经过对江苏省淮海农场5座公路桥结构胶粘剂的“8”字型砂浆试模和?40mm圆钢模试件的试验表明:28d龄期粘结强度均大于砂浆混凝土本身的抗拉强度。结果见表3。

表3 公路桥结构胶粘剂力学性能试验

试件

编号

受拉面积

拉力

粘接强度

砂浆拉力

砂浆抗拉强度

破环情况

砂浆“8”字模

1

4.86

>4.05

>8.38

2.46

50.8

100%断在砂浆断面

2

>4.14

>8.48

2.77

5.76

100%断在砂浆断面

3

>3.44

>7.12

1.79

3.69

100%断在砂浆断面

4

>2.88

>5.96

2.14

4.43

100%断在砂浆断面

?40mm圆钢

7

12.56

14.94

11.89

8

12.36

9.84

9

17.34

13.81

4.2 工程效果

江苏省淮海农场5座公路桥大梁裂缝处理6年多来,工程运行良好。检查表明环氧玻璃钢粘贴完好,接头紧密,没有鼓泡脱落现象。显示了环氧玻璃钢处理裂缝不仅粘接强度高,而且能有效地封闭裂缝,保证结构的整体性。

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