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用碳纖維粘貼在梁底進(jìn)行加固時(shí)，需對(duì)梁底砼進(jìn)行認(rèn)真處理，粘貼不好會(huì)出現(xiàn)開(kāi)膠剝落現(xiàn)象。 鑲嵌法是把碳纖維做成矩形棒，將它嵌入用鋸開(kāi)好的溝槽內(nèi)，再用膠粘結(jié)。這種辦法不用處理梁底砼保護(hù)層。由于它有3個(gè)面與砼結(jié)合，故傳力性能好。纖維棒藏于砼內(nèi)，可以產(chǎn)生很好的耐久性。
所有結(jié)構(gòu)都有其使用功能和預(yù)期壽命，橋梁也是如此，它們經(jīng)歷著不同的老化和破壞進(jìn)程。除了客觀上的破壞原因外，還可能在設(shè)計(jì)、施工時(shí)就埋下了隱患。此外，交通部不斷提出的新標(biāo)準(zhǔn)，也需要橋梁結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)換代。在橋梁進(jìn)入病態(tài)時(shí)，要使其結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)安全使用，則必須采取一定的措施進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。
碳纖維CFRP是整個(gè)土木工程界使用最為廣泛且熱門的加固材料，該項(xiàng)加固技術(shù)興起于20世紀(jì)80年代，于90年代后期在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多科研單位和高校就碳纖維CFRP加固砼構(gòu)件這項(xiàng)新技術(shù)進(jìn)行了大量研究。隨著試驗(yàn)研究的深入，該項(xiàng)加固技術(shù)的適用范圍和應(yīng)用技術(shù)也在不斷擴(kuò)大和改進(jìn)，CFRP加固梁的做法在橋梁加固中得到了迅速普及。大量實(shí)踐證明，這是一種非常有效的方法，對(duì)砼結(jié)構(gòu)起到了很好的加固效果。
碳纖維CFRP材料性能
碳纖維CFRP一般是直徑為5μm～20μm的連續(xù)纖維，基材由樹(shù)脂和固化劑組成，用樹(shù)脂（內(nèi)加固化劑）浸潤(rùn)碳纖維，待樹(shù)脂固化后便形成了碳纖維增強(qiáng)塑料，簡(jiǎn)稱CFRP。其特性是：密度小、，為普通鋼材的1/6；強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度約為普通鋼筋的4倍～6倍；抗腐蝕性能好，強(qiáng)度不受酸堿腐蝕介質(zhì)的影響；抗疲勞性能優(yōu)良，疲勞壽命普遍高于鋼材；溫普系數(shù)和砼相當(dāng)，彈性模量和鋼材相近；極限延伸率1%。
粘貼加固的特點(diǎn)及方法
粘貼碳纖維布加固指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在結(jié)構(gòu)件表面，使粘結(jié)后構(gòu)件和碳纖維布兩者共同作用，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力，由此達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。
CFRP的比強(qiáng)度（一般為普通鋼材的10倍）和剛度高；自重輕（約200g/?），加固后基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重和原構(gòu)件的尺寸；柔性好，對(duì)于任意封閉結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的被加固結(jié)構(gòu)表面具有特別的優(yōu)勢(shì)；具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能；密封性好，減少了滲漏甚至腐蝕的隱患；施工簡(jiǎn)便，效率高，在狹小空間亦可施工，特別適合現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；施工過(guò)程中無(wú)明火，適用于各種特殊環(huán)境。
CFRP加固結(jié)構(gòu)方案可分為兩種：一是傳統(tǒng)的直接粘貼法，將CFRP兩端錨固并施加預(yù)應(yīng)力后，通過(guò)膠粘劑粘貼在鋼結(jié)構(gòu)的表面，一般適用于構(gòu)件表面較平整的拉桿，對(duì)構(gòu)件或其局部進(jìn)行加固；二是鑲嵌法，將CFRP束作為預(yù)應(yīng)力拉索調(diào)整應(yīng)力，一般適用于整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體加固。
鑲嵌法加固砼結(jié)構(gòu)
常規(guī)的辦法是將纖維布貼在梁底面，而鑲嵌法是將碳纖維復(fù)合材料制成矩形棒，然后鑲嵌進(jìn)事先在保護(hù)層內(nèi)鋸好的溝槽內(nèi)。顯然，碳纖維棒藏在砼內(nèi)，受到了很好的保護(hù)。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，砼表面沒(méi)有被完全遮蓋，避免出現(xiàn)濕氣不能逸出而使砼遭到凍融破壞。采用鑲嵌法時(shí)，3個(gè)面同時(shí)與砼表面接觸，而原先在表面粘貼時(shí)只有一個(gè)面接觸。顯然，它是在傳遞剪力時(shí)更有效。這里必需著重指出，施工時(shí)必須保證碳纖維棒和砼有很好的粘結(jié)，這一方面要依賴粘貼工藝，同時(shí)也依賴于被加固構(gòu)件的質(zhì)量。
將碳纖維棒嵌入砼內(nèi)，可以保證兩種材料之間暴力行動(dòng)的傳遞。棒的幾何尺寸和間距會(huì)影響傳力面積的大小，如果棒的距離太小，可能會(huì)由于兩棒之間的相互作用而破壞，也可能和原有的鋼筋相互作用而破壞。
在傳統(tǒng)的粘貼方法中，要先對(duì)砼保護(hù)層進(jìn)行認(rèn)真處理。砼的砂漿層要去掉，需要露出集料來(lái)，之后才能進(jìn)行復(fù)合材料的粘貼，以保證它們的有效結(jié)合。在大多數(shù)情況下，采用噴砂的辦法實(shí)施，這種做法雖然不復(fù)雜，但對(duì)表面非常不規(guī)則的情況，單靠噴砂則不足以使表面平整。
如果把加固材料嵌入保護(hù)層內(nèi)的溝槽中，則不需要進(jìn)行表面處理。只需用壓力水（大約150pa）將鋸好的溝槽清洗干凈，就可以形成一道順直的、具有粗糙面的溝槽。
這種工藝，除增強(qiáng)了力的傳遞能力外，還增加了它的耐久性，減少了橋下撞擊的危險(xiǎn)。如果不是嵌入而是外露在梁的表面，一旦被車輛撞擊，或遇火災(zāi)、偷竊等事件時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重后果。
施加預(yù)應(yīng)力
只把碳纖維棒嵌入溝槽進(jìn)行粘結(jié)，加固材料是被動(dòng)受力，即剛粘上去的材料并不受力，只有活載上去后才會(huì)受力。變被動(dòng)為主動(dòng)的辦法是給碳纖維棒施加預(yù)應(yīng)力，施加預(yù)應(yīng)力有4個(gè)好處：充分利用了加固材料的強(qiáng)度；使砼裂縫變小、分布均勻；為鋼筋卸載；提高鋼筋的屈服荷載，即提高結(jié)構(gòu)的承載力。
在正常使用階段，減小裂縫寬度，裂縫間距變小、變均勻，這對(duì)結(jié)構(gòu)的使用性能極為重要，還提高了結(jié)構(gòu)的耐久性和剛度。研究表明，這種加固辦法可使原有鋼筋卸載，可以提高鋼筋的屈服荷載25%～50%，還可以提高砼的開(kāi)裂荷載。
施加預(yù)應(yīng)力的步驟為：首先用鋸在梁底開(kāi)槽15?×15?，清理溝槽中的污物和小顆粒；在溝槽內(nèi)涂抹充足的粘結(jié)劑；將正方形的碳纖維棒（10?×10?）嵌入槽內(nèi)，修整擠出的粘結(jié)劑；張拉碳纖維棒并保持張拉力；持荷5天后放張。這種工藝屬于先張法，兩端不設(shè)金屬錨具，放張后通過(guò)粘結(jié)劑把力傳給大梁，使梁底胺壓，梁頂受拉。
幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)
通過(guò)足量試驗(yàn)表明，將碳纖維棒嵌入砼保護(hù)層內(nèi)加固砼結(jié)構(gòu)的辦法是可行的。它具有傳力性能好、耐久性好的優(yōu)點(diǎn)，在防火、防盜、防撞擊等主面可以對(duì)加固材料進(jìn)行很好的保護(hù)。可以安排預(yù)應(yīng)力進(jìn)行加固，也可以施加預(yù)應(yīng)力。它能使砼的開(kāi)裂荷載和鋼筋的屈服荷載大幅度提高，使裂縫變小、變密，對(duì)改善使用性能和延長(zhǎng)使用年限起著重要的作用。
毋庸置疑，CFRP加固法在經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)給它的發(fā)展提供了廣闊的空間。然而，采用這項(xiàng)技術(shù)需要進(jìn)一步理解這種系統(tǒng)的工作原理和使用性能，還要繼續(xù)改進(jìn)粘貼工藝。要特別強(qiáng)調(diào)的是，只有把加固材料和被加固構(gòu)件形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，才會(huì)取得理想的效果。目前，大多數(shù)情況下采用“無(wú)稍大力”的纖維布進(jìn)行加固，即纖維布剛貼上去的時(shí)候是不胺力的，這雖然也能夠提高結(jié)構(gòu)的承載力，但碳纖維的強(qiáng)度沒(méi)能得到充分的利用。只有對(duì)碳纖維施加預(yù)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)才能獲得更好的使用性能。