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創新型纖維補強加固技術-混凝土結構補強加固的未來趨勢

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發布時間:2012-11-19

  眾所周知,混凝土及鋼筋混凝土結構是當今建筑行業中的主要結構形式。無論在水利工程、工業與民用建筑工程、道路橋涵、海港碼頭等工程項目中,都離不開混凝土及鋼筋混凝土結構。經過幾十年的基本建設后,我國已有建筑物的維修、改造和加固成為亟須解決的問題之一。

  我國大多數混凝土結構物,隨著使用期的增長,運行條件的變動,自然環境的影響以及原有設計和施工中存在的問題,導致工程功能衰竭或喪失,影響工程的經濟、社會效益。對于這些出現問題的結構,實際情況并不允許將其全部推倒重建,而只能采取適當的技術措施,進行補強加固與處理,使這些結構仍能滿足人們對建筑物安全性、適用性和耐久性的要求,繼續為社會服務。

  目前,我國對混凝土結構物的維修加固方法,較多采用一些常規的加固方法,如體外預應力加固法、增大截面加固法、粘貼鋼板加固法等。這些傳統的加固方法存在耐腐蝕性差、構件自重較大、對原結構影響大及施工難度大等缺點。為此,需要新材料、新工藝用于補強加固工程。近幾年來,隨著新材料的開發和利用,芳綸纖維(AFRP)等聚合物纖維材料開始應用于結構補強加固領域。

  芳綸纖維(AramidFiberReinforcedPlastics,AFRP)補強加固技術是用樹脂類黏結材料將芳綸纖維布粘接于混凝土構件表面,借助芳綸纖維良好的抗拉強度來增強構件承載能力及剛度,從而使結構及構件得到加固補強。該技術通常以混凝土橋面板、墩、梁、柱、煙囪以及隧道內襯為對象進行構件的抗彎補強、抗剪補強,防止混凝土開裂、剝落等。

  芳綸纖維補強加固方法所用的樹脂材料包括基底樹脂(FP)、整平樹脂(FE)和浸漬樹脂(FR)。基底樹脂涂布在結構體表面,確保混凝土與纖維布及浸漬樹脂之間有高度的黏結力。整平樹脂是用于修補底表處理時未能修復的混凝土表面氣孔等。浸漬樹脂的作用是將纖維布浸透,與基底樹脂粘結,同時使纖維布硬化。基底樹脂和浸漬樹脂同為常溫硬化型,可根據施工條件(溫度、硬化時間、混凝土表面狀況等)來選擇最佳種類。

  芳綸纖維作為一種加固材料,與普通混凝土的線膨脹系數相近,這就保證了不會由于溫度變化而引起兩者之間的粘接破壞。對混凝土表面進行適當的處理(打磨、清洗、刷底涂)以后再粘貼芳綸纖維,可以保證兩者之間有良好的黏結力。芳綸纖維加固技術除了具有良好的材料性能和廣泛的適用范圍外,與傳統的加固技術相比,還具有以下優點:材料的搬運安置無需重型機械。即使材料運輸通道受限或場地條件惡劣,在狹小作業空間內也可施工。作業工種少。施工作業不必多工種,無需專業技術人員,只需少數人,可以高效施工。與形狀變化混凝土結構的黏和性好,對有曲線、斷面變化的復雜形狀的建筑物的補強容易進行,比較適合形狀和斷面不規則的結構補強。完工后結構增加荷載少,加固后不會對補強建筑或基礎產生附加荷載。補強后斷面形狀幾乎不變,可以最大限度地利用空間,滿足限界要求。絕緣性好,消除了有電引起的安全隱患,對鄰近電磁波不會產生干擾。物理性能穩定,耐腐蝕性好,對加固構件不需進行特別防護處理,容易維護管理。另外,芳綸纖維片材成品為卷材,可以根據需要任意裁剪,也可以用于特種結構中環狀構件、殼體、球體、拱等多種結構形狀及曲面的加固。

  芳綸纖維技術以其強度高、重量輕、耐腐蝕、施工便捷等優良特性受到工程界的普遍關注,是極具發展潛力的施工方法,日本已逐步將其用于實際工程中,并且取得了顯著的經濟效益。

  在我國,芳綸纖維技術還未受到人們的廣泛關注,同時由于該項技術涉及到鋼筋混凝土強度理論,芳綸纖維物理力學性能與組合結構的力學特性及抗震性能這3個學科領域,故對其加固機理,抗震性能方面還有待進一步研究。但隨著芳綸纖維材料的國產化及其價格的降低,芳綸纖維補強加固技術必將在我國的混凝土結構補強加固工程中發揮重要的作用。

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