粘贴纤维复合材料加固技术与管理、质量控制.ppt

粘贴纤维复合材料加固技术 与管理、质量控制,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,张 锡 祥 重庆交通大学复合材料桥梁研究所 二 九 年 九 月,重庆交通大学 ,目 录,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识 2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求 3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术 4. 粘贴纤维复合材料加固工程管理 5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制 6. 思考题,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识,1.1 粘贴纤维复合材料加固的常用纤维类别,（1）碳纤维（Carbon fiber）：承重结构加固用的碳纤维，必须选用聚丙烯腈基（PAN基）12k或12k以下的小丝束纤维，严禁使用大丝束纤维。 （2）玻璃纤维（Glass fiber）：承重结构加固用的玻璃纤维，必须选用高强度的S玻璃纤维或含碱量低于0.8的E玻璃纤维，严禁使用A玻璃纤维或C玻璃纤维。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1.2 粘贴纤维复合材料加固的常用纤维制品形式,（1）纤维布（Fiber Woven）：由纤维纱（单纱、合股纱或无捻粗砂）按一定纤维方向排列编织制成的纤维织物。可铺敷性及与被加固结构表面的密贴性好，不采用张紧粘贴等预应力措施粘贴存在应变滞后现象。适用于各种平面、曲面结构形式的混凝土结构加固。 （2）纤维板（Fiber laminate）：由两层或两层以上纤维或纤维布按一定纤维方向及铺层方式浸胶层合构成的整体板材。自身结构整体性好，粘贴后参与共同受力快，应变滞后不太明显。主要适用于混凝土梁、板、柱等平面形式结构加固和粘贴多层纤维布施工不宜实施的结构加固。,1. 粘贴纤维复合材料加固基础知识,1.3 粘贴纤维复合材料加固的基本原理,（1）纤维布或纤维板经配套的粘接胶粘贴于被加固的混凝土结构表面上，固化后能与被加固结构形成共同工作、变形协调的结构整体，分担结构的二期恒载与活载，实现被加固结构各组成材料的应力、应变重分配，提高被加固结构的承载能力、抗振能力和结构延性及耐久性。 （2）粘贴纤维复合材料加固，通过被加固结构与纤维复合材料粘贴面的粘接胶固化后提供的胶层界面抗拉、抗剪能力实现结构整体性。因粘接胶为环氧树脂类高分子聚合物材料改性制成，环氧树脂的环氧基和烃基与混凝土材料具有分子间的吸引力，加上足够的粘贴面积能提供高于界面剥离力的抗力，故能保证其结构整体性和不先于被加固结构破坏。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,1.4 粘贴纤维复合材料加固的基本原则,（1）混凝土结构或构件粘贴纤维复合材料加固后的承载力，由原结构的受拉钢筋和混凝土强度控制，而不是纤维复合材料的强度控制。 （2）粘贴纤维复合材料加固，不适用于提高混凝土结构刚度的加固。 （3）粘贴纤维复合材料加固，纤维方向尽量与被加固混凝土结构的主应力方向一致。,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.1 技术标准,（1）中华人民共和国国家标准混凝土结构加固设计规范（GB 503672006）； （2）中华人民共和国行业推荐性标准公路桥梁加固设计规范（JTG/T J222008）； （3）中华人民共和国行业推荐性标准公路桥梁加固施工技术规范（JTG/T J232008）； （4）重庆市工程建设标准混凝土结构加固工程施工及验收规程（DBJ500492006）。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.2 一般规定,（1）粘贴纤维复合材料加固方法，适用于钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压及受拉构件的加固。 （2）粘贴纤维复合材料加固方法，不适用于素混凝土构件，包括纵向受力钢筋配筋率低于规范规定的最小配筋率的构件加固。 （3）被加固混凝土结构构件，其现场实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘接强度不得低于1.5MPa。 （4）外贴纤维复合材料加固钢筋混凝土结构构件时，应将纤维受力方式设计成仅承受拉应力作用。 （5）粘贴在混凝土构件表面上的纤维复合材料，不得直接暴露于阳光或有害介质中，应进行表面防护处理。 （6）粘贴纤维复合材料加固的混凝土结构，其长期使用的环境温度不得高于60，处于特殊环境（如高温、高湿、介质侵蚀、放射等）的混凝土结构采用本方法加固时，应采用耐环境因素的粘接胶，并按专门的工艺要求进行粘贴。,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.3 设计要求,（1）正截面抗弯加固，纤维复合材料粘贴在构件底面或顶面的受拉区，不得已侧面粘贴时，控制在距受拉区边缘1/4高度范围内，纤维方向与构件轴线一致；纤维截断位置距充分利用其强度的截面算起，两端各外延粘贴延伸长度Lc（图2.3.11）；多层纤维布按内短外长的原则分层截断，外层纤维布的截断点宜超过内层截断点200mm以上，并应在截断点加设U型箍进行锚固（图2.3.12）。 （2）斜截面抗剪加固，采用纤维复合材料条带，粘贴成垂直于构件轴线的环形箍或其它有效的U型箍（图2.3.13），其净间距不大于规范规定的最大箍筋间距的0.7倍，且不大于梁高的0.25倍，U型箍的上端应粘贴纵向压条予以锚固，梁高h600mm，则应在梁的腰部增设一道纵向腰压带（图2.3.14）。 （3）正截面抗弯加固后的构件受弯承载力提高幅度不应超过40，避免构件因受弯承载力提高后导致的先受剪破坏。 （4）粘贴纤维复合材料对受弯构件加固，纤维板不宜超过2层；纤维布不宜超过4层，每层布的单位面积质量不大于300g/m。 （5）纤维布沿受力方向搭接长度大于100mm，避开构件应力最大区域，各层搭接相互错开超过200mm；纤维板不允许搭接。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.1 受弯构件加固,图2.3.11 粘贴纤维复合材料抗弯加固的粘贴延伸长度,图2.3.12 粘贴纤维复合材料抗弯加固的分层截断,图2.3.13 纤维复合材料抗剪加固的粘贴方式,图2.3.14 纤维复合材料U型箍的间距和锚固,重庆交通大学 ,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.3 设计要求,（1）轴心受压构件的正截面加固，采用环向围束法（沿构件全长无间隔地环向连续粘贴纤维复合材料布的方法）进行受压加固的适用条件： 1）圆形截面柱：L/d12； 2）方形或矩形截面柱：L/b14，h/b1.5，h600mm，,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.2 轴心受压构件加固,截面棱角圆化处理（倒圆半径25mm）。 （2）轴心受压构件的斜截面加固，采用纤维方向与构件轴线垂直的环形箍（沿构件全长间隔地粘贴的纤维复合材料条带）进行受剪加固。 （3）轴心受压构件粘贴纤维复合材料加固，圆形截面最有效（环向围束内的混凝土有效约束面积AcorD/4），矩形截面最差（环向围束内的混凝土有效约束面积Acorbh（4）r，图2.3.2 ）。 （4）环向围束的纤维布层数，圆形截面构件不少于2层，正方形和矩形截面构件不少于3层。,图2.3.2 环向围束内矩形截面有效约束面积,2. 粘贴纤维复合材料加固设计要求,2.3 设计要求,（1）纤维复合材料粘贴于构件受拉区边缘混凝土表面，纤维方向与构件轴线方向一致。 （2）间隔设置纤维布环形箍对受拉纤维进行锚固，并在构件两端增设机械锚固措施进行锚固增强。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,2.3.3 大偏心受压构件加固,（1）轴心受拉构件加固，纤维复合材料条带均匀地粘贴于构件受拉区表面，纤维方向与构件轴线方向一致。 （2）大偏心受拉构件加固，纤维复合材料环向连续或间隔地粘贴于构件受拉区表面，纤维方向与构件轴线方向一致。,2.3.4 受拉构件加固,（1）钢筋混凝土墩柱因延性不足而进行抗振加固时，采用环向粘贴纤维复合材料构成的环向围束作为附加箍筋提高墩柱的体积配箍率进行加固。 （2）环向围束的纤维布层数：圆形截面墩柱不少于2层，正方形和矩形截面墩柱不少于3层。,2.3.5 墩柱延性构件加固,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.1 施工准备,（1）设计技术交底：熟悉设计文件，了解设计意图，提出须设计答疑或要求变更的问题，形成会议纪要遵照执行。 （2）施工组织设计：包括施工技术方案、工艺流程、人员、材料、机具组织、工期安排、交通组织、质量、安全、环保措施及发生意外事故的应急预案等方面。 （3）桥梁病害复查：根据桥梁检测报告和维修加固设计文件，对桥梁结构病害进行近距离全面复查，对混凝土裂缝、孔洞等缺陷进行标示，检查发现与设计不符的情况，报告监理和业主单位通知设计单位进行设计变更。 （4）施工材料准备：根据设计要求选择施工材料并报监理、业主单位批准，对选定的材料组织进场和进场后在监理鉴证下进行 抽样送检，检测不合格的材料退场不用。 （5）人员机械进场：进场施工人员持证上岗并经过技术交底和技术培训，进场施工机械有许可证并经过检验标定。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.2 施工工序流程,（1）搭设施工支架：根据桥位地形、水流条件和桥梁结构形式、维修加固工程内容和施工部位，选择搭设固定式或活动式施工支架。 （2）桥梁卸载：主要通过交通组织限制车辆数量、重量、速度等以减少活载。对于允许减少恒载的结构加固，先卸载，后加固，结构加固效果更好。 （3）基层处理：通过修补混凝土裂缝和剔除破碎混凝土，修补孔洞等缺陷，提供可粘贴纤维布或板的坚实基面，通过表层打磨、除尘、清洁，提供干净、易粘的粘贴基面。 （4）涂刷底胶：通过底胶的低粘度和混凝土表层的毛细作用，使底胶经涂刷渗进混凝土表层内一定深度，改善被加固结构的表层性能，提高其可粘性和抗剥离性。 （5）基层整平：通过基层整平，使被加固结构能与粘贴的纤维复合材料更密贴，杜绝空鼓等粘贴不牢的施工缺陷产生的外部条件隐患。 （6）粘贴纤维布或纤维板：通过粘贴纤维布或纤维板，使被加固结构病害消除、承载能力与荷载标准提高、使用功能与耐久性改善的设计意图实现。 （7）表面防护：通过表面喷砂或表面涂装等防护措施，使结构加固范围内外表面色彩相近，防火、防腐、耐湿、耐久性能提高。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,（1）在结构上画线标示粘贴纤维复合材料的部位，明确结构加固范围。 （2）对加固范围缝宽0.15mm的混凝土裂缝，按设计要求先行修复；剔除混凝土破碎、孔洞、蜂窝麻面部份至坚实层，对裸露锈蚀钢筋除锈至露出金属光泽，按设计要求采用比原结构高一级的混凝土或环氧砂浆或环氧细石混凝土修复基层混凝土缺陷至原结构表面。 （3）对加固范围的混凝土表面打磨除去污染表层和外突部份并增糙，吹风清洁后，涂刷丙酮或用丙酮擦拭进一步清洁和去脂；结构的拐角处打磨成圆弧状，圆化半径：梁20mm，柱25mm。 （4）结构渗水处，先堵水和防水，再进行表层处理；潮湿构件表面粘贴纤维复合材料加固施工，须先烘干构件表面或使用潮湿型粘贴胶。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.1 基层处理,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.1 基层处理,图3.3.1 基层处理的主要技术措施,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,（1）按设计要求或产品说明书配兑底胶，要求精确计量、搅拌充分和均匀，排出气泡。 （2）用毛刷或特制滚筒将底胶均匀、无遗漏地涂刷或涂抹于被加固结构处理好的基层表面，要求纵横向、正反向、反复涂刷和涂抹，使更多的胶渗入混凝土表层内。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.2 涂刷底胶,（1）底胶凝胶后即可进行表层整平，表层整平材料采用修补胶或用底胶配兑的胶泥，用灰刀或刮板刮涂在被加固结构处理好的基层表面凹陷部位，凝胶后再次打磨平顺并吹风清洁干净。 （2）整平后的基层表面，大面平顺，局部无明显凸凹不平部份。,3.3.3 基层找平,3. 粘贴纤维复合材料加固的施工技术,3.3 施工技术要点,（1）在结构表面放样定位标示出粘贴纤维布的位置，对于多层粘贴还应标出每层布的粘贴位置。 （2）根据设计要求和放样尺寸裁剪纤维布，用圆筒或圆管轴心将裁剪好的纤维布卷筒存放并编号。 （3）按设计要求和产品说明书称量、配兑纤维布浸渍胶，用毛刷和刮板将其均匀地涂刷和刮展在粘贴纤维布位置的结构表面，随即将纤维布在张紧状态下铺敷粘贴在胶层表面，用刮板将布刮展平直并密贴于结构表面，再用毛刷浸渍胶液充分浸透纤维布，并用特制滚轮压着纤维布沿纤维方向反复滚压，排除纤维布和胶液中的气泡并使纤维布与结构表面贴紧粘牢。 （4）粘贴纤维布，按立面从上到下、仰面从一端到另一端的顺序进行；多层纤维布的粘贴，后层纤维布须在前层布指触凝胶后进行；最后一层纤维布粘贴结束后，表面再涂刷一遍浸渍胶作为防护面层。 （5）纤维布粘贴的纵横向接长接宽的搭接长度，受力方向100mm，非受力方向50mm，多层粘贴的搭接位置应相互错开超过200mm；搭接位置避开构件应力最大区域。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.4 粘贴纤维布,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.4 粘贴纤维布,图3.3.4 粘贴纤维布的工序和内容,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,（1）在结构表面放样定位标示出粘贴纤维板的位置，两层粘贴时应分别画线标示出内外层板的粘贴位置。 （2）根据设计要求和放样尺寸切割纤维板，切割好的纤维板应平置存放，粘贴前用丙酮擦拭粘贴面清洁并除蜡去脂。 （3）按设计要求和产品说明书称量、配兑纤维板粘贴胶，将粘贴胶及时涂刷和刮涂在混凝土表面和纤维板粘贴面上，随即将已涂胶的纤维板用手轻压粘贴在结构表面的放线位置上，然后特制橡皮滚筒从板的一端向另一端或从板中端向两端顺纤维方向均匀展平、压实，并使多余的胶液从板材周边溢出，压实时，不得使纤维板滑移错位。 （4）两层纤维板粘贴，外板粘贴应在内板凝胶后进行，粘贴前应将内板的表面再次用丙酮擦拭清洁。 （5）被加固结构需平行粘贴多条纤维板时，两板之间的空隙不小于5mm。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.5 粘贴纤维板（图3.3.5）,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.5 粘贴纤维板,图3.3.5 纤维板粘贴施工实景,3. 粘贴纤维复合材料加固施工技术,3.3 施工技术要点,（1）目的：提高粘贴部位纤维复合材料抗紫外线照射、耐酸碱盐介质腐蚀能力和防火、耐久性能；调整加固结构的色差、增加美观效果。 （2）措施：浸渍胶防护面层、喷砂防护面层、防火涂料面层、特种防护面层。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.6 表面防护处理,图3.3.6 粘贴纤维布加固后的加固表面防护处理,3. 粘贴纤维复合材料加固的施工技术,3.3 施工技术要点,（1）结构安全保证：加固施工严禁损伤桥梁结构，特别是施工支架的搭设不要伤及桥梁主承力结构。 （2）交通安全保证：设立交通管制和安全警示标志，采取限载、限速和改道通行等措施，加强与交管部门的联系，尽量减少交通管制对社会的影响，充分利用交通量小时段或夜间进行施工。 （3）施工安全保证：加强安全施工教育，进场施工人员应穿工作服、戴安全帽、系安全带，同时还须戴口罩和手套，规范机械和用电的安全操作。 （4）消防安全保证：粘结胶等易燃原材料密封保存，远离火源；裁剪碳纤维布、碳纤维板时尽量远离电源，尤其是高压电线及输电线路；施工现场禁火、禁烟，设置专用灭火器等消防器材；使用强光灯泡、碘矿灯照明应加灯罩，防止灯管爆炸引起火灾。 （5）环境保护：纤维布、纤维板、粘结胶及其复合材料废料，施工残渣等有害物质现场收集堆存，定点渣场倾倒，不遗留在施工现场，更不允许倾倒在桥下农田里和江河中。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,3.3.7 施工安全与环境保护,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,4. 粘贴纤维复合材料加固工程管理,4.1 设计、施工资质管理,（1）粘贴纤维复合材料加固设计，应由具有结构加固设计资质的设计单位和专业技术人员按混凝土结构加固设计规范、桥梁加固设计规范进行设计。 （2）粘贴纤维复合材料加固施工，应由具有结构加固特种专业施工资质的施工单位和经过专业技术培训考核上岗的专业技术工人进行施工。,4.2 施工组织管理,（1）粘贴纤维复合材料加固施工管理、与混凝土结构加固施工管理相同，必须有健全的组织机构，施工人员固定，实行项目责任制和质量终生责任制。 （2）粘贴纤维复合材料加固工程施工应编制施工组织方案（设计），制定科学的施工技术方案、组织机构设立方案、质量、安全保证措施，报业主和监理单位审批后执行。,重庆交通大学 ,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,4. 粘贴纤维复合材料加固工程管理,4.3 工程规类管理,按照建筑工程施工质量验收统一标准（GB 503002001）规定的分部、子分部和分项工程划分原则，将结构加固工程划分为地基或基础分部或主体结构分部的一个子分部，与混凝土基础、桩基础、混凝土结构、钢结构等子分部并列。分项工程的划分和规类，是根据结构加固工程中采用的主要材料、施工工艺等不同特点进行划分并规类管理。以混凝土桥梁结构加固为例，其划分与归类如表4.3所示。,表4.3 混凝土桥梁结构加固子分部工程分项工程划分,重庆交通大学 ,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制,5.1 材料质量控制,（1）纤维布、纤维板、浸渍胶、粘结胶、底胶、修补胶材料的质量应符合JTG/T J222008规范表4.5.1、表4.6.2和表4.6.4规定的性能指标，其它材料的质量性能应满足相关技术规范、标准的要求。 （2）纤维布、纤维板、浸渍胶、粘结胶、底胶、修补胶材料应有产品合格证和质量检验报告，产品合格证应有出厂日期、数量、规格、保质期，严禁使用过期及无合格证的材料；质量检验报告应由有检测资质的单位出具，并能反映出是该批材料的质量指标。 （3）材料进场后，应按规定及时进行见证抽样复检，复检不合格的材料不准使用，检验合格批准进场使用的材料，应在干燥、清洁、远离高温的环境下存放，并具有明显的标识。 （4）浸渍胶、粘结胶、底胶、修补胶应由专人配制，配兑及称量应由第二人检验复核，并应有每次配料的称量记录，以便出现问题时查找原因。,5.2 施工质量控制,（1）粘贴纤维复合材料加固实行全程质量控制，施工现场管理有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制和检验制度，使建设单位、监理单位和施工单位人员有章可循。 （2）粘贴纤维复合材料加固施工，应根据设计和相关标准、规范、规程要求，结合工程内容和施工环境制定切实可行的施工质量控制措施。对涉及结构安全和隐蔽工程的内容，应有明确的规定和相应的措施。,重庆交通大学 ,5.3 施工质量检验,原材料：材料进场见证抽样检验，特别注意粘接胶的湿热老化试验检验。 基层处理：表层混凝土破碎等缺陷剔除要露出坚实层，钢筋除锈要露出金属光泽并及时涂胶封闭保护，混凝土修补密实；表层打磨除去表层污染和凸块等不平整部份到位，清洁干净，裂缝修补须检测合格。 涂刷底胶：底胶称量、配兑经复核、检查无误，涂刷均匀、饱满、无遗漏。 基层整平：修补胶称量、配兑经复核、检查无误，修补胶刮涂密实，修补后表面无明显凹陷，打磨平顺，清洁干净。 粘贴纤维布：纤维布尺寸准确，粘贴位置无偏差，浸渍胶称量、配兑无误，涂胶饱满、纤维布张紧、密贴、粘牢，最外层浸渍胶饱满、均匀。 粘贴纤维板：纤维板尺寸准确、粘贴位置无偏差，粘贴胶称量、配兑无误；混凝土及纤维板粘贴面涂胶饱满，胶层在板宽方向呈中间厚、两边薄的形状，平均厚度为1.52mm；粘贴时施压展平，粘贴胶周边溢出连续。 表面防护处理：表面涂刷了罩面浸渍胶，防火、防水、防腐蚀涂料层及喷砂防护层且符合设计要求，封闭保护严实，加固范围结构表面色差消除，外观色彩美观。,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,5.3.1 施工过程质量检验,5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制,5.3 施工质量检验,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,表5.3.2 纤维复合材料粘贴质量检验内容,5.3.2 工程竣工验收,（1）粘贴纤维复合材料加固的粘贴质量应符合表5.3.2的要求，并现场抽样进行正拉粘接强度试验检测（图5.3.2）。 （2）粘贴纤维复合材料加固的大、中型桥梁、结构体系复杂的桥梁和需通过加固提高荷载等级的桥梁，应进行荷载试验检测。,5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,图5.3.2 粘贴纤维复合材料加固的正拉粘接强度试验检测,5.3 施工质量检验,5.3.2 工程竣工验收,现场粘贴金属块加载，根据破坏形式判断粘贴效果： （a）内聚破坏：合格 （b）层间破坏 ：不合格 （c）表层破坏：不合格,5. 粘贴纤维复合材料加固质量控制,公路桥梁维护与加固技术培训讲义,重庆交通大学 ,5.3 施工质量检验