工科论文：应用碳纤维技术加固涵洞盖板[1]

【找论文网 - 工学论文】
摘 要：钦北线多座涵洞的盖板出现了混凝土离析、开裂、风化露筋、钢筋锈蚀等病害，严重地影响到列车的行车安全。采用碳纤维技术加固涵洞盖板，并简介了该项技术的工作原理、特点及施工工艺流程。
关键词：涵洞盖板；病害，碳纤维；加固

1 前言

钦北铁路修建于上个世纪90年代，北起广西钦州市南至北海市，是西南地区货物进出口的便捷通道之一，由广西沿海铁路股份有限公司钦州工务段负责保养和维修。
在日常养护工作中，我们发现该条线路经过常年运营使用有89座涵洞的盖板出现了混凝土离析、开裂、风化露筋、钢筋锈蚀等严重病害，涵洞盖板的承载力下降。随着近年来钦北线列车轴重增大及速度的提高，该病害严重地影响到列车的行车安全，急需对发生病害的涵洞盖板进行加固处理。
2 病害产生原因
产生此类病害的原因是多方面的，主要有以下几点：（1）在涵洞建设施工时，存在质量问题，盖板钢筋保护层厚度不够，混凝土震捣不密实，经常年使用，表层混凝土容易风化脱落，形成露筋。（2）盖板防水层开裂失效，雨水不断渗入与盖板混凝土的主要成分硅酸钙发生水化反应，形成游离钙、硅酸和氢氧根，在毛细压作用下混凝土中的盐份被水带出淤积于混凝土表面，进一步与空气中的二氧化碳反应在混凝土表面结晶形成白色硬块，最后形成碱蚀。在这个过程中，如果结构存在裂缝，就会引起钢筋的锈胀，出现钢筋锈蚀的情况。（3）钦北线处于沿海地带，空气中和雨水中都含有一定的氯盐成分，盐水渗入到盖板混凝土的缝隙里，引起碱骨料反应发生盐腐蚀，加速了混凝土的离析。
3 施工方案的比较选择
对该病害的处理方法，我们提出了两种施工方案：
3.1一是在以往对钢筋混凝土结构的加固工程中经常采用的施工方法，凿除并清洗干净原有盖板混凝土表面的劣化层后，附着施工增加一定厚度的钢筋混凝土保护层或喷射钢纤维混凝土和外包钢板，从而达到加固的目的。但由于许多涵洞孔径较小，机械设备在窄小的空间内难以展开，如果采用该方法进行加固涵洞盖板工程，施工难度较大，施工人员、设备较多，预计工期需要10个月，并且新旧混凝土界面的粘结强度不高，真实的受力状况很难与设计预想相符。
3.2 二是参考国内外使用碳纤维加固桥梁的成功经验，使用碳纤维加固技术对涵洞盖板进行加固。
3.2.1碳纤维加固技术的发展：碳纤维又称增强复合材料，用于混凝土结构的加固始于70—80年代的美国、日本。日本阪神大地震及台湾“9.11”地震后，碳纤维加固技术被广泛用于震后建筑重建和补强，这些都促进了碳纤维在加固补强工程中的应用。我国在这方面起步较晚，但发展势头迅猛，进展飞快，已经有了许多桥梁加固成功的实例。如南京机场路高架桥空心板补强修复；卢沟新桥的补强修复工程等等。
3.2.2 碳纤维加固技术的工作原理、特点及优越性：碳纤维增强复合材料加固修补混凝土结构技术，是利用专门配制的粘结剂将碳纤维片粘贴在混凝土构件需补强加固部位表面，使混凝土与碳纤维片形成一体，共同工作的加固修补方式。（1）碳纤维复合材料具有优越的力学性能，其抗拉强度是普通Ⅱ级钢筋抗拉强度的10倍以上，弹模也与钢材相当；（2）碳纤维材料不与酸碱盐等化学物质发生反应，因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性，适合于沿海地区空气湿度大，盐碱含量较高的特点；（3）碳纤维的单位体积重量仅为钢材的l／4左右，制成板状后，其厚度仅为1.4mm左右，几乎不增加结构自重和改变截面外形。由于碳纤维布是一种柔性材料，而且可以任意裁剪，可以有效的封闭混凝土结构的裂缝，且不改变结构形状及不影响结构外观，很适合于加固涵洞盖板这类施工面较小的工程。（4）施工简便、工序简单，由于其自重较轻，可用小型电动工具操作，操作空间要求较宽松。不像传统补强方法需要众多工种、大量劳力及大型施工设备，可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施。
通过对两种施工方案各自特点的研究比较，我们段技术人员认为第二种方案更加适合本次涵洞盖板加固工程。
4 施工过程
本次涵洞盖板加固工程的施工日期安排在雨季后9～12月施工，以减少雨水对工程的影响。其施工工序为施工准备 混凝土表面处理 配置、涂刷底胶 配置找平胶并找平面层 粘贴碳纤维片材 保护
4.1 施工准备 认真阅读设计图纸，根据实际情况拟定施工计划，备齐施工所需的各种材料及机具。
4.2 混凝土表面处理 清除涵洞盖板底面剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，对于较大面积的劣质层在凿除后用环氧砂浆进行修复。用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，将混凝土面层打磨平整，尤其把表面的凸起部位磨平，转角粘贴处进行倒角处理工学论文