专利名称：一种碳纤维筋桥隧喷浆加固翻新方法
技术领域：
本发明涉及桥隧加固工艺领域，尤其涉及一种采用碳纤维筋和聚合物砂浆的桥隧加固翻新方法。
背景技术：
桥隧加固翻新，就是通过一定措施使桥隧构件乃至整个结构的承受能力及其使用性能得到改善或提高的方法，主要是针对桥隧不能满足继续使用状况的处理。加固翻新的原因有桥梁耐久性差、年久老化、设计失当及施工质量等，通过加固翻新可以投入少量的资金，延长桥隧的使用寿命，从而预防和避免桥隧坍塌造成的人员和财产的损失。桥隧加固翻新实施中通常会遇到一些难题，如在不中断交通的情况下如何实现加固翻新，新老结构如何实现有效结合，加固翻新对象多为危桥或具有安全隐患的隧道如何规避风险等，为了解决这些问题，设计和研究多种桥梁加固翻新的方法，其方法包括上部结构加固翻新法、下部结构加固翻新法和基础加固翻新法。中国专利文献申请公告号CN 101691818A公告了一种建筑物加固方法，其主要步骤包括(1)清除被加固结构表面，露出坚固部分；(2)喷水润湿；(3)植入钢筋网和被加固结构的销钉；(4)喷涂界面剂涂层；(5)喷射聚合物水泥浆粘结层和聚合物改性水泥砂浆。此种方法可用于混凝土结构和砌体结构的修复和补强加固，效果较为显著，但也存在一些不足，如步骤(3)中采用密度大强度低钢筋层，大幅增加加固结构加固后的自重，步骤中既需要喷射聚合物水泥浆粘结层又需要喷射聚合物改性水泥砂浆，其操作过程过于繁琐。中国专利文献申请公告号CN 102086101A公告了一种桥梁复合纤维，提出了一种复合纤维其成分为78-91%钢纤维，聚丙烯纤维5-11%，聚丙烯网状纤维4-11%，采用此种复合纤维，其强度大幅增加，但由于含有78-91%钢纤维，这种复合纤维的密度很大，会极大增加被加固构件的重量。中国专利文献申请公告号CN 101942812A公告了一种桥梁加固的方法中提出了采用锚具进行加固，采用锚具加固的方式施工简便，无需支撑模板，能有效缩短工期，但仅通过锚具组成钢丝网对桥体加固，加固效果不佳，还具有生锈腐蚀的风险。综上所述，上述方法及材料中存在由于采用钢筋或钢纤维导致加固后构件自重太大，既需要喷射聚合物水泥浆粘结层又需要喷射聚合物改性水泥砂浆，其操作过程过于繁琐，以及仅采用锚具组成钢丝网对桥体加固，加固效果不理想，易锈蚀等缺陷。
发明内容
为了克服上述方法及材料中所存在加固后构件自重太大、操作过程繁琐及加固效果不理想等缺陷，本发明所要解决的技术问题提供一种加固效果明显、施工工期短、具有防锈蚀功能且采用高强度低密度新材料的桥隧加固翻新方法。与此同时，本发明另一个要解决的技术问题是在上述桥隧加固翻新方法中增加对桥隧被加固结构上坑洼、裂缝、空洞、腐蚀劣化现象进行修补的修补工序。为实现上述包含修补工序加固翻新方法，本发明采用以下技术方案一种碳纤维筋桥隧加固翻新方法，其步骤包括先对被加固构件进行表面处理，再向被加固构件表面涂抹界面剂，然后安装锚具和加固件，最后喷涂砂浆，此外此加固方法中还增加了修补工序，所述界面剂为强化剂和阻锈剂，所述加固件为碳纤维筋，所述砂浆为高强聚合物砂浆。进一步的，上述桥隧加固方法按如下步骤实施SOO :清理被加固构件表面浮浆及凹凸面，清理完成后向被加固构件表面涂抹1%的酚酞溶液检验；SlO :对构件结合面进行凿毛处理，构件结合面凿毛凹凸差彡3mm，形成粗糙界面，对被加固构件上裂缝采用龟裂注入方式进行处理；S20 :在粗糙界面上锚具固定部位钻锚固孔；S30 向被加固构件表面涂抹界面剂，界面剂包括强化剂和阻锈剂，强化剂和阻锈剂渗透至被加固构件内部I 2mm，残留于被加固构件表面部分擦除；S40 :对被加固构件表面凹凸差大于2. Ocm的局部不平整处喷射聚合物砂浆修补找平；
S50:采用与锚固孔相适配的螺栓将碳纤维筋锚具固结于被加固构件上，锚具上设有凹槽，凹槽内固定有碳纤维筋，形成碳纤维筋层；S60 :分层浇注聚合物砂浆形成砂浆层，砂浆层厚度为2cm，每次浇注聚合物砂浆后，进行外观检测，砂浆层覆盖碳纤维筋层；S70 :向砂浆层表面涂抹成膜养护剂，成膜养护剂涂抹后2小时以内成膜，成膜后涂抹防腐剂。进一步的，所述S50步骤中碳纤维筋采用碳纤维原丝浸溃乙烯基树脂经固化后制成，筋体表面烧结有石榴石，石榴石有助于增强聚合物砂浆与碳纤维筋之间的粘接力。进一步的，所述S40和S60步骤中聚合物砂浆是由水泥砂、粉末状聚合物、短束纤维及添加剂组成的混合物与水混合搅拌而成，混合物与水的调配比为lkg:0. 16kg
O.17kg。进一步的，所述聚合物砂浆的施工温度< 5°或施工温度>40°时，不能施工，当30° <施工温度<40°时，向被加固构件表面喷洒水再浇注聚合物砂浆，一次聚合物砂浆完成后，凝结30min，再进行下一次浇注，当25° <施工温度< 30°时，浇注一次聚合物砂浆后，凝结30min，再进行下一次浇注，当5° <施工温度< 25°时，浇注一次聚合物砂浆后，待其硬化，再进行下一次浇注。进一步的，所述S20步骤完成后，用高压喷水器以15兆帕的压力洗涤被加固构件表面，洗涤完毕后，自然风干，待手指触摸触感为干燥时，进入下一步骤S30。优选为，所述S20步骤中锚具安装过程中锚固孔打孔深度彡3mm且彡5mm。进一步的，根据被加固构件表面形状，调整锚固孔间距和锚具安装高度，使得碳纤维筋层与加固面的距离为5. 0mm±l. 0mm，且碳纤维筋保持顺直。
进一步的，所述S40和S60步骤中聚合物砂浆浇注时，砂浆回落率< 5%，步骤SlO中，聚合物砂浆修复不平整处后，其表面平整度< 8mm，步骤S50中，聚合物砂浆浇注且用钢泥刀磨平后，其表面平整度< 5mm。进一步的，使用喷涂机喷涂砂浆作业时，先涂抹5mm的打底聚合物砂浆，喷涂机的喷口与打底聚合物砂浆之间的距离为10cm。本发明的有益效果为( I)采用碳纤维筋进行加固，能大幅提高被加固构件的强度及承载能力，且碳纤维筋质地轻，无防锈要求。(2)聚合物砂浆通过增添添加剂、粉末状聚合物及短束纤维使其具有高强度、高粘性及良好的化学稳定性、抗冻融性、耐久性和耐腐蚀性。(3)聚合物砂浆内添加剂具有粘接功能，省去了喷射聚合物改性水泥砂浆时先要喷射聚合物水泥浆粘结层的工序，缩短工期。(4)采用酚酞溶液检测被加固构件是否碳化，辅助工作人员确定被加固构件上的劣化部分，加以去除。(5)通过填补聚合物砂浆的方式对大坑洼进行预先修补，既能增加原被加固构件的强度，也能提高被加固构件表面平整度。(6)采用龟裂注入方式对被加固构件上裂缝进行处理，能有效增强原加固结构的整体性，提高整体抗压能力。(7)向被加固构件表面涂抹强化剂和阻锈剂，有助于提高聚合物砂浆与被加固构件的粘接性且能够防止螺栓及被加固构件内钢筋生锈。
图1是本发明具体实施方式
提供的一种采用碳纤维筋桥隧加固翻新方法加固后构件的结构示意图；图2是本发明具体实施方式
提供的一种碳纤维筋桥隧加固翻新方法采用的碳纤维筋的安装3是本发明具体实施方式
提供的一种碳纤维筋桥隧加固翻新方法中碳纤维筋和聚合物砂浆的国家建筑材料测试中心报告；图4是本发明具体实施方式
提供的碳纤维加固体与钢筋混凝土加固体性能指标对比图。图中1、被加固构件；2、粗糙界面；3、锚具；5、强化剂；6、阻锈剂；7、螺栓；8、碳纤维筋；
9、聚合物砂浆；10、成膜氧化剂；11、中横梁；12、混凝土构件桥墩。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。参加图1-2，本实施例中一种碳纤维筋桥隧加固翻新方法，按如下步骤实施SOO步骤被加固构件I为圬工构件，如砖、石、混凝土等构件，以混凝土构件为例，清理混凝土构件表面浮浆及凹凸面，包括剔除剥落、空洞，钢筋铁锈及腐蚀部位。清理混凝土构件表面直至见到新面，新面即为完好面，清理完成后向混凝土构件涂抹1%的酚酞溶液检验，检验混凝土构件是否碳化，若有碳化现象，将碳化部位予以剔除，检验完毕，进入下一步骤S10。SlO步骤对构件结合面进行凿毛处理，构件结合面凿毛凹凸差彡3mm，形成粗糙界面2，对被加固构件上裂缝采用龟裂注入方式进行处理，注入强化剂和聚合物砂浆，同时也可以参照《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006)中有关裂缝修补技术进行相应的处理，处理后的混凝土构件表面平整度误差应< 8mm，处理完成后，进入下一步骤S20。S20步骤在粗糙界面2上锚具(3)固定部位钻锚固孔，预留锚固孔内深应符合《公路桥梁加固设计规范》(JTG T J22-2008)的有关规定，凿毛和钻孔结束后，用高压喷水器以15MPa的压力洗涤混凝土构件表面，洗涤完毕后，自然风干，待手指触摸触感为干燥时，进入下一步骤S30。S30步骤向混凝土构件表面涂抹界面剂，界面剂包括强化剂5和阻锈剂6，强化剂5和阻锈剂6渗透至混凝土构件内部I 2_，残留于混凝土构件表面部分擦除，强化剂5应喷涂I 2遍，以无流坠作为一次涂抹量，完成喷涂后，进入下一步骤S40。S40步骤对混凝土构件表面凹凸差大于2. Ocm的局部不平整处喷射聚合物砂浆9修补找平，完成局部不平整处修补后，进入下一步骤S50。S50步骤采用 与锚固孔相适配的螺栓7将纤维筋锚具3将固结于混凝土构件上，锚具3上设有凹槽，凹槽内固定有碳纤维筋8，形成碳纤维筋补强层，各个碳纤维筋8之间相互平行，不允许出现搭接现象且保持顺直。碳纤维筋的品种、数量及间距，应按设计要求选用，其主要力学性能指标应满足设计要求，施工温度为10° 35°。如图2所示，某桥加固翻新工程中，两侧为混凝土构件桥墩12，中间设有三道中横梁11，若干相互平行的碳纤维筋8固结于两桥墩12之间，用于加固翻新桥体。碳纤维筋8安装完毕后形成碳纤维筋层，进入下一步骤S60。此外，安装锚具3时，根据混凝土构件表面形状，调整锚固孔间距和锚具安装高度，使得碳纤维筋8与加固面的距离为5. 0mm±l. 0mm。上述步骤中的碳纤维筋8采用碳纤维原丝浸溃乙烯基树脂经固化后制成，筋体表面烧结有石榴石，石榴石有助于增强聚合物砂浆与碳纤维筋之间的粘接力。实际安装过程中，若碳纤维筋出现折断折弯现象或其上石榴石砂脱落，则以折断折弯部位或脱落部位为起点剪切30cm后再使用，固定碳纤维筋后，应检验碳纤维筋是否与混凝土构件表面粘接密实。采用碳纤维加固体与钢筋混凝土加固体性能指标对比，参见图4。S60步骤按照初次、二次、尾次3次浇注聚合物砂浆形成砂浆层，砂浆层厚度为2cm，每次浇注聚合物砂浆完成后均需要进行外观检测，外观检测应包括表面平整度检测、裂缝检测、脱层检测及起鼓脱落等现象的检测，修补后的平整度允许偏差值应满足《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/T J23-2008)中表4. 7.1中的规定，3次浇注后砂浆层覆盖并包裹纤维棒层。聚合物砂浆9应按设计要求选用，通常按C60配置，主要力学性能指标应满足C60及以上的标准，聚合物砂浆9的施工温度< 5°或施工温度>40°时，不能施工，当30° <施工温度<40°时，向被加固构件I表面喷洒水再浇注聚合物砂浆9，一次聚合物砂浆9完成后，凝结30min，再进行下一次浇注，当25° <施工温度< 30°时，浇注一次聚合物砂浆9后，凝结30min，再进行下一次浇注，当5° <施工温度< 25。时，浇注一次聚合物砂浆9后，待其硬化，再进行下一次浇注，完成全部浇注后，进入下一步骤S70。聚合物砂浆9浇注时，砂浆回落率< 5%，用I米直尺测试，其表面平整度误差其表面平整度< 5mm，对于混凝土构件与聚合物砂浆的粘结情况可以通过敲击法和钻芯取样检验，钻芯取样法应符合《公路桥梁加固施工技术规范》(JTG/TJ23-2008)中第5章的规定。上述步骤中的聚合物砂浆9是由水泥砂、粉末状聚合物、短束纤维及添加剂组成的混合物与水混合搅拌而成，混合物与水的调配比为lkg:0. 16kg O. 17kg,使用喷涂机喷涂砂浆作业时，先涂抹5mm的打底聚合物砂浆，喷涂机的喷口与打底聚合物砂浆之间的距离为50_。S70步骤条件允许情况下，可以向砂浆层表面涂抹成膜氧化剂10，成膜养护剂10涂抹后2小时以内成膜，成膜氧化剂10通常能保持一个月耐久期，故需要定期维护，每次养护至少涂抹一次成膜氧化剂10，环境条件较差的场所，应每周至少涂抹2次，养护完成后，在砂浆层表面涂抹防腐剂。碳纤维筋和聚合物砂浆的国家建筑材料测试中心报告，编号为200980621，如图3所示，其中碳纤维筋的最大抗拉强度、弹性模量和断裂伸长率指标优与普通钢材，其抗拉强度是钢筋的7-10倍，比重仅为钢筋的1/5左右，聚合物砂浆属于高强度材料，热膨胀系数与混凝土类似，具有良好的粘结性能，其力学性能与加固常用规范标准相比，抗压强度是标注值的2-3倍，抗剪强度是标准值的1. 4倍左右，粘接强度是标准值的2左右。本发明是通过实施例进行描述的，为本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的指导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
权利要求
1.一种碳纤维筋桥隧喷浆加固翻新方法，其步骤包括先对被加固构件进行表面处理，再向被加固构件表面涂抹界面剂，然后安装锚具和加固件，最后喷涂砂浆，其特征在于，所述加固件为碳纤维筋。
2.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征按如下步骤实施 SOO 清理被加固构件(I)表面浮浆及凹凸面，清理完成后向被加固构件(I)表面涂抹1%的酚酞溶液检验； SlO :对构件结合面进行凿毛处理，构件结合面凿毛凹凸差彡3mm，形成粗糙界面(2)，对被加固构件(I)上裂缝采用龟裂注入方式进行处理； S20 :在粗糙界面(2)上锚具(3)固定部位钻锚固孔； S30:向被加固构件(I)表面涂抹界面剂，界面剂包括强化剂(5)和阻锈剂(6)，强化剂(5)和阻锈剂(6)渗透至被加固构件(I)内部I 2mm,残留于被加固构件(I)表面部分擦除； S40 :对被加固构件(I)表面凹凸差大于2. Ocm的局部不平整处喷射聚合物砂浆(9)修补找平； S50 :采用与锚固孔相适配的螺栓(7)将碳纤维筋锚具(3)固结于被加固构件(I)上，锚具(3)上设有凹槽，凹槽内固定有碳纤维筋(8)，形成碳纤维筋层； S60 :分层浇注聚合物砂浆(9)形成砂浆层，砂浆层厚度为1. 5 2cm，每次浇注聚合物砂浆(9)后，进行外观检测，砂浆层覆盖碳纤维筋层； S70 :向砂浆层表面涂抹成膜养护剂(10)，成膜养护剂(10)涂抹后2小时以内成膜，成月吴后涂抹防腐剂。
3.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述S50步骤中碳纤维筋(8)采用碳纤维原丝浸溃乙烯基树脂经固化后制成，筋体表面烧结有石榴石。
4.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述S40和S60步骤中聚合物砂浆(9)是由水泥砂、粉末状聚合物、短束纤维及添加剂组成的混合物与水混合搅拌而成，混合物与水的调配比为lkg:0. 16kg O. 17kg。
5.根据权利要求1或4所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述聚合物砂浆(9)的施工温度<5°或施工温度>40°时，不能施工，当30° <施工温度<40°时，向被加固构件(I)表面喷洒水再浇注聚合物砂浆(9)，一次聚合物砂浆(9)完成后，凝结30min，再进行下一次浇注，当25° <施工温度<30°时，浇注一次聚合物砂浆(9)后，凝结30min，再进行下一次浇注，当5° <施工温度<25°时，浇注一次聚合物砂浆(9)后，待其硬化，再进行下一次浇注。
6.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述S20步骤完成后，用高压喷水器以15兆帕的压力洗涤被加固构件(I)表面，洗涤完毕后，自然风干，待手指触摸触感为干燥时，进入下一步骤S30。
7.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述S20步骤中锚具(3)安装过程中锚固孔打孔深度彡3mm且< 5mm。
8.根据权利要求1或7所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，根据被加固构件(I)表面形状，调整锚固孔间距和锚具安装高度，使得碳纤维筋(8)层与加固面的距离为5.Omm土1. 0mm,且碳纤维筋保持顺直。
9.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，所述S40和S60步骤中聚合物砂浆(9)浇注时，砂浆回落率< 5%，步骤SlO中，聚合物砂浆(9)修复不平整处后，其表面平整度< 8mm，步骤S50中，聚合物砂浆(9)浇注且用钢泥刀磨平后，其表面平整度< 5mm。
10.根据权利要求1所述的桥隧加固翻新方法，其特征在于，使用喷涂机喷涂砂浆作业时，先涂抹5mm的打底聚合物砂浆，喷涂机的喷口与打底聚合物砂浆之间的距离为10cm。
全文摘要
本发明公开了一种碳纤维筋桥隧喷浆加固翻新方法，按如下步骤实施处理加固构件表面浮浆及凹凸面且将加固构件表面打磨平整，先向加固构件表面涂抹1%的酚酞溶液检验是否碳化，若碳化，则清除碳化层，再向被加固构件上大坑洼处填补聚合物砂浆，接着向被加固构件表面涂抹强化剂和阻锈剂，采用与锚固孔相适配的螺栓将纤维筋锚具将固结于被加固构件上，锚具上设有凹槽，凹槽内固定有碳纤维筋，形成碳纤维筋层，分层浇注聚合物砂浆形成砂浆层，砂浆层覆盖纤维棒层。本发明的有益效果为加固后的被加固构件强度高，恒载增加小，加固过程中有完备的被加固构件缺陷检验手段，施工工艺简单，工期短，无需支模，建造维护成本低，利于环保。
文档编号E21D11/10GK103061270SQ20121054455
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者李昌铸, 王建民, 孟召阳 申请人:北京中交路通科技发展有限公司