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环氧玻璃钢在混凝土裂缝修补加固中的应用

信息来源:hunningtu.biz  时间:2009-12-17  浏览次数:117

  y1 工程概况
  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(0.2mm),最宽处已达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。
  2 产生裂缝原因分析
  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(旧级),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(浮锈)。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。
  3 修补加固措施
  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。
  3.1 环氧玻璃钢基本特征与粘结强度
  3.1.1 环氧玻璃钢的基本特性
  (1)物理性能好。抗弯、抗拉强度可达300-400MPa,抗压强度可达200MPa(手糊法),吸水率小,与其它复合材料比,有较高的粘合力;
  (2)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;
  (3)耐久性好。具有良好的耐化学腐蚀性和耐水性;
  (4)施工工艺简单。操作方便,容易维修。
  3.1.2 环氧玻璃钢胶粘剂的配制及粘接强度
  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。
  表1 环氧玻璃钢胶粘剂配方(重量比)
  原材料
  6101环氧树脂
  二丁脂
  二甲苯(或丙酮)
  乙二胺
  主剂
  增韧剂
  稀释剂
  固化剂
  配比
  100
  15-20
  10
  6-8
  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。
  表2 环氧玻璃钢粘结强度试验
  粘结材料
  胶粘剂
  剪切试验
  剥离试验
  强度(MPa)
  破坏情况
  强度(MPa)
  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,最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:(1)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。(2)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。(3)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,再最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,在第一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(龄期28d)
  试件
  编号
  受拉面积(cm2)
  拉力(KN)
  粘接强度(MPa)
  砂浆拉力(KN)
  砂浆抗拉强度(MPa)
  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。  y1 工程概况
  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(0.2mm),最宽处已达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。
  2 产生裂缝原因分析
  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(旧级),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(浮锈)。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。
  3 修补加固措施
  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。
  3.1 环氧玻璃钢基本特征与粘结强度
  3.1.1 环氧玻璃钢的基本特性
  (1)物理性能好。抗弯、抗拉强度可达300-400MPa,抗压强度可达200MPa(手糊法),吸水率小,与其它复合材料比,有较高的粘合力;
  (2)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;
  (3)耐久性好。具有良好的耐化学腐蚀性和耐水性;
  (4)施工工艺简单。操作方便,容易维修。
  3.1.2 环氧玻璃钢胶粘剂的配制及粘接强度
  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。
  表1 环氧玻璃钢胶粘剂配方(重量比)
  原材料
  6101环氧树脂
  二丁脂
  二甲苯(或丙酮)
  乙二胺
  主剂
  增韧剂
  稀释剂
  固化剂
  配比
  100
  15-20
  10
  6-8
  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。
  表2 环氧玻璃钢粘结强度试验
  粘结材料
  胶粘剂
  剪切试验
  剥离试验
  强度(MPa)
  破坏情况
  强度(MPa)
  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,最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:(1)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。(2)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。(3)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,再最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,在第一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(龄期28d)
  试件
  编号
  受拉面积(cm2)
  拉力(KN)
  粘接强度(MPa)
  砂浆拉力(KN)
  砂浆抗拉强度(MPa)
  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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