钢筋砼加固工程中结合钢纤维砼应用

钢筋砼加固工程中结合钢纤维砼应用近年来，在公路改造工程中，用“碳纤维增强聚合物”（FRP）加固桥梁的方法已十分普及，常采用的施工工艺是粘贴碳布法。然而，在实践过程中，粘贴碳布法加固的桥梁，也凸显出许多不利情况：保护层砼的腐蚀老化、砼强度的衰减、表面处理不到位、粘结剂质量差、粘贴工艺不当、粘贴上去的碳布难以和加固构件形成整体。绝大多数情况是碳布不会被拉断，而往往是由于粘贴不好而使碳布开胶而脱落。另外，由于碳布是贴在加固构件外表面，还存在着怕撞、怕火、怕盗等诸多缺点。为了避免或减少上述不利情况，同时考虑能使老龄桥梁受压区砼提供足够的抗压力，本文根据生产实践，特介绍“桥梁加固工程中碳棒嵌入法结合钢纤维砼的应用”，赋予业内共研。1、碳棒嵌入法碳棒嵌入法是先在待加固的砼保护层中开槽，填满环氧树脂，再嵌入碳棒。由于其和砼有三向接触面，粘结可靠，且不苛求对砼的处理，不会形成剥离脱落。这种加固方法的基本思路是，将加固件从表面转移到体内，碳纤维不是先织成布，而是织成碳棒，碳棒断面可以是圆形、方形或矩形，厚度（或直径）通常为0.5～1.0cm。桥梁加固时，先在受拉面砼保护层中锯开一条沟槽，用水冲洗干净，将粘结剂填入沟槽内，再把碳棒嵌进去，碳棒的下缘可以和梁底齐平，也可以深藏在梁内。（如下图）碳棒嵌入法的优点是，碳棒通过粘结剂与构件形成整体，也受到粘结剂的保护，避免了风吹、雨打、碰撞、火灾之患；免除了对保护层费工、费时的处理工序；增加了两个碳纤维与砼的接触面而使粘结力提高，且不会再有碳纤维脱落之忧。从外形看，这种碳棒恰似传统的钢筋，可将它称之谓“碳筋”。目前，有的厂家还生产出了带压痕的螺纹碳棒，酷似螺纹钢筋。2、钢纤维砼桥面铺装碳纤维（CFRP）具有极高的抗拉力，只要不开胶脱落，是很难被拉断的。碳棒嵌入法，由于粘结力和锚固力的提高，抗弯性能得以充分发挥，从而承载能力得到提高。但力偶的另一半是砼的承压力，只有受压区砼提供足够的抗压力，才能形成较高的抵抗力矩。我们所要加固的桥梁，往往是高龄结构，砼强度级别较低或已老化。在弯矩作用下，受压区砼早已被压碎。显然，我们需要对力偶的另一半进行加强。一种简单的办法是在旧桥面上加铺一层高强度砼罩面。这里需要解决两个问题：一是如何使罩面砼与原桥面连结成整体，参与受力；二是如何防止罩面砼因干缩和温度影响而开裂。要解决这两个问题方法很多，比如用环氧树脂粘结新旧砼、在旧砼中植筋等。本文推崇的是钢纤维砼桥面铺装。新浇砼，尤其是大面积薄层砼，在干缩和温差作用下，很容易出现裂缝，很难控制。如果在新浇砼中掺入适量散开的纤维（如钢纤维），裂缝宽度会大大减小。钢纤维的加入，不但提高了抗拉强度，而且也改善了砼的受压性能，使它具有较高的极限压应变。钢纤维砼和碳纤维形成一对强大的抵抗力偶，延缓或避免了砼被压碎。3、加固梁承载力的提高与挠度的改善筋砼梁在钢筋屈服后表现出典型的塑性；而加固后的梁，则表现为承载力继续上升，直至最大荷载。（如右图）根据对某一钢筋砼桥梁1～8号梁，分别以未加固和采用贴碳布法及碳棒钢纤维砼法加固，检测出的承载力和挠度记录，列表对照如下：从上表可以看出，用贴碳布法提高强度为149%，而采用碳棒—钢纤维砼法则提高了351%，挠度也有明显减小。4、延性的保持与破坏模式的改变用CFRP加固钢筋砼梁后，强度和刚度大幅度增加是以损失延性为代价得到的。在桥梁设计中，延性是一个很重要的指标。延性的定义为极限荷载挠度与屈服荷载挠度之比。为了避免结构突然破坏，需要有一个最低延性指标，以便为钢筋提供塑性工作的机会，并在结构破坏前发出警告。钢筋砼桥未加固时具有较高的延性，延性值为3.75；贴碳布法则延性损失较大，延性值为2.16；钢纤维砼具有较好的受压变形性能，所以碳棒钢纤维砼法具有较好的延性，保持了未加固梁的延性，延性值为3.84。未加固的钢筋砼梁是典型的受弯破坏：首先是钢筋屈服，受拉区裂缝逐渐扩展，直至受压区砼被压碎；贴碳布法加固的梁也属弯曲破坏：首先是钢筋屈服，接着顶部砼被压碎；用碳棒钢纤维砼加固的梁，则属于弯剪破坏：随着受拉边裂缝的扩展，产生剪力裂缝而破坏。5、结论用碳棒钢纤维混凝法对钢筋砼梁进行抗弯加固具有很大潜力，不但能提高梁的极限承载能力，而且还能提高其刚度；用碳棒嵌入法（碳棒含筋率为0.25%）加固钢筋砼梁后，使用荷载提高了55%；而采用碳棒钢纤维砼时则提高了244%；采用碳棒嵌入法加固的梁，梁底裂缝性质得到了很大改善，裂缝间距减小了一倍。抗弯试