专题3:植筋、粘贴钢板加固技术

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态线膨胀系数。降低玻璃态弹性模量。
(8)胶层厚度的影响
在保证贴合的情况下胶层厚度应是越薄越好。 因为胶层越厚应力分布越复杂;胶层越厚缺陷 也越多。
综上所述,作好粘接接头应注意以下几点:
a、严格的表面处理工艺是作好粘接接头的基本 保证。(在施工中往往忽视表面处理工艺的重 要性。)
b、选择一个历史悠久的国际品牌粘接剂是作好 粘接接头重要保证。
(2)混凝土制孔
根据设计放线;
钢筋探测仪探测钢筋位置;
标注制孔位置
使用电锤在混凝土上打眼
安装锚栓
(3)混凝土表面处理
机械动力打磨、脱脂。机械动力打磨能清洁与 混凝土表面,提高表面能通过渗透形成强大的 机械铰合力。
脱脂:油脂是阻碍物体发挥表面能的最大障碍, 因此必须清除。脱脂工艺是用丙酮进行清洗。
粘接技术在桥梁维修与加固中的运用
——植筋与粘贴钢板
一、粘接技术概述
1、粘接
现代工程技术种类繁多数不胜数,归结起来有三种功能: 成型、连接、改性。连接包括:焊接连接、机械连接、 粘接连接。
粘接:使用粘接剂将两种被粘接材料连接成整体的连接 方式。
在粘接剂固化成型过程中,胶液和被粘接材料之间经过 复杂的物理化学反应形成一个与粘接剂固化物、被粘接 材料结构与性能完全不同的界面层。
3、植筋 植筋:是钢筋混凝土没有缺陷时,采用粘接剂
锚固钢筋的技术。 (1)植筋的钻孔深度与钻孔直径要求 植筋的钻孔深度即锚固深度与粘接剂的性能有
关,一般规范要求为10d,不同的生产厂家要求 不一样应仔细阅读什么书。
(2)植筋的钻孔直径要求
当植筋直径≤12mm时,制孔直径为钢筋直径 +3mm。当12mm<钢筋直径≤18mm时,制孔直径 为钢筋直径+4mm。当钢筋直径=20mm时,制孔 直径为钢筋直径+5mm。当钢筋直径=25mm时, 制孔直径为钢筋直径+6mm。当钢筋直径=28mm 时,制孔直径为钢筋直径+7mm。当钢筋直径 =32mm时,制孔直径为钢筋直径+8mm。
要获得较高强度的粘接接头必须提高粘附力, 减小内应力。 (1)表面处理工艺的影响
粘接前必须对被粘接材料进行严格的表面处理, 才能获得高能表面、充分发挥被粘接材料的表 面能、增大粘接面积,形成机械铰合。
(2)胶液与被粘材料的相容性(亲和 性)、胶液流动性(黏度)影响
胶液必须在表面张力的作用下充分润湿或浸润 被粘材料表面,使用胶液与被粘材料紧密接触 靠近才能出现范德华力形成物理吸附、生成化 学键。胶液的这种性能就是相容性(亲和性)。
(6)实例
渝宜高速原寺 沟四号大桥粘 贴钢板加固T
型梁
西藏林芝地区八一大桥粘贴加固盖梁
济南黄河公路大桥主桥斜拉桥边跨钢筋混凝土箱 梁斜腹板内侧粘贴钢板加固
(3)机械铰合:粘接剂大分子进入被粘接物 表面的孔隙、凹凸不平中,固化后形成机械铰 合。上述三种作用使两个被粘接物形成牢固的 连接。
3、影响粘接接头的因素
粘接接头的强度=粘附力-内应力 粘附力:表面能、化学键、机械铰合的总和。 内应力:固化收缩引起的附加应力、粘附力在被
粘材料表面不均匀分布引起的附加应力、被粘材 料表面的应力集中引起的附加应力总和。
加溶剂可以提高流动性但形成的固化物性能相 当差,所以在桥梁维修与加固中严格禁止在粘 接中加溶剂。
水的流动性(黏度)比胶液小得多,因此水与 混凝土、钢板的相容性(亲和性)高。
(3)环境温度与湿度的影响
由于水与混凝土、钢板、纤维的相容性(亲和 性)比胶液高,所以水对混凝土、钢板、纤维 表面润湿或浸润能力也高。 在一定温度与湿度情况下,混凝土、钢板表面 将被吸附水覆盖,影响胶液对润湿或浸润。
界面层的功能:
a、传递应力 在外荷载作用时界面把外力传 递到并分布在整个构件上,如果界面不能有效 传递外力,就会产生“脱粘”导致接头破坏。
源自文库
b、阻断裂纹 适合的界面强度与冲击韧性, 胶层中的疲劳裂纹扩展到界面上受阻而停止继 续扩展。
c、减少与消除内应力 界面层强度与弹性模量 介于胶层与被粘材料之间,减缓了胶层与被粘 材料之间的力学性能梯度,从而减少了在应力 传递过程中产生的内应力。
c、在保证贴合的情况下控制胶层厚度。
4、粘接接头的破坏机理与接头设计
实验证明对各种不同形式作用力的承受能力是 不同的。在一般情况下,胶粘剂承受剪切和均 匀扯离的作用能力比承受不均匀扯离和剥离作 用的能力大得多。
(1)剪切:理想的情况,是使粘接面承受剪切 力,当外力平行于粘接面时,胶层所受的力就 是剪切力。这种受力形式的接头最常用,因为 它不但粘接效果好而且简单易行,易于推广应 用。
(2)固化过程的形态变化
胶液低聚物凝胶化生成凝胶化物质;接着玻璃 化;最后形成高度交联三维网络结构固化物。
研究发现,环氧固化物的性能主要是以Tg(玻 璃态转化温度)为转折点而发生变化。反应温 度低Tg为玻璃态,反应温度在Tg过度区时,环 氧固化物的性能发生突变,弹性模量约下降三 个数量级、抗拉强度和抗剪强度下降一个数量 级。
(5)固化物结构与性能的影响
桥梁所处的环境温度一般是在-30℃~50℃。因 此桥梁维修与加固中使用的粘接剂大都是环氧 树脂与多胺固化剂。
(1)环氧树脂的固化反应过程
第一步:首先是伯胺中的活性氢与环氧基反应, 生成仲胺。第二步:仲胺中的活性氢与环氧基 反应,生成叔胺。第三步:剩余的胺基、反应 物中的羟基与环氧基继续反应,直至生成高度 交联三维网络结构的体形大分子。
涂抹法粘贴钢板工艺 (1)钢板加工 钢板放样 钢板号料 钢板下料切割 钢板制孔 钢板表面处理:
喷砂、抛丸、机械动力除锈、脱脂。喷砂、抛 丸、机械动力除锈能清洁与糙化钢板表面,提 高表面能形成强大的机械铰合力。较合力是一 种微剪切,凹凸不平的表面在粘接剂固化后能 使固化物与被粘接材料表面相互铰合。
润湿或浸润是一种物理现象,当液体的表面张 力小于固体物的表面张力时液体就能润湿或浸 润固体物的表面。
表面张力低同时流动性(黏度)也低。胶液与 被粘材料的相容性(亲和性)、胶液流动性 (黏度)是可以通过调整配方设计与表面处理 方法来改善的。
流动性高施工简便,同时灌注是能充满钢板与 混凝土的空间形成密实胶层。
2、裂缝修复 对小于0.20㎜的裂缝一般认为深度没有到达主
筋位置,因此采用环氧胶泥封闭。对大于0.20 ㎜的裂缝一般认为深度到达主筋位置。必须采 用压力灌注修复裂缝。
采用 日本SHO-BOND“壁可”法注入化学 材料充填裂缝工法处理,这种方法是通过橡胶 管自动完成材料注入,在材料凝固前始终保持 0.3Mpa衡定压力,并有效地解决了其它工法不 克服的“气阻”问题,能将修复材料注入到仅 0.02m宽的裂缝末端。
(2)不均匀扯离:不均匀扯离是指粘接接头 经受着扯力的作用,应力虽然配置在整个粘接 面上,但应力的分配是极不均匀的。应力集中 比较严重,主要集中在边缘的一个小区域内, 这种类型的接头,其承载能力很低,一般只有 理想的均匀扯离强度的1/10 左右。
(3)均匀扯离:均匀扯离,有时也称为拉伸。
在桥梁维修与加固中不论是植筋、粘贴钢板、 粘贴纤维主要是运用剪切。设计单位应引起重 视。
(4)流变性的影响
流变性是环氧树脂在凝固前内部形成的临时三 维网络结构,在剪切作用下恢复流动性的一种 工作性能。
它对环氧树脂形成密实胶层起到非常大的作用。 在涂抹法粘贴钢板、粘贴碳纤维、涂装、植筋
时流变性的好坏直接影响施工质量。 涂装时流变性差的涂料要流挂,涂抹法粘贴钢
板、植筋时流变性差的粘接剂要漏掉。
(3)植筋工艺流程(分机注入与粘接剂管装式)
(A)放样 根据设计放线; 钢筋探测仪探测钢筋位置; 标注制孔位置。 (B)制孔:使用电锤在混凝土上打眼; (C)清孔:使用高压风,试管刷清洁孔内壁、钢筋棒
毛巾进行脱脂处理孔内。 (D)钢筋处理; 钢筋下料; 采用喷砂除锈或机械动力除锈对钢筋进行表面处理。
(4)钢板贴合
将粘接剂涂抹在混凝土表面与钢板表面,拧紧 螺栓挤压粘接剂使其密实。
贯注法粘贴钢板工艺 (1)钢板加工 钢板放样 钢板号料 钢板下料切割 钢板制孔 钢板表面处理:
(2)混凝土制孔 根据设计放线; 钢筋探测仪探测钢筋位置; 标注制孔位置 使用电锤在混凝土上打眼 安装锚栓 (3)安装钢板 (4)安装注入嘴与封边 (5)灌注粘接剂
混凝土涂装是采用低黏度的环氧封闭胶(底 漆),润湿或浸润混凝土表面,渗透至混凝土 内部阻塞水、气、其它有害物质进入通道。保 护混凝土与钢筋同时由于渗透作用使混凝土表 面形成由混凝土与环氧树脂相结合的复合材料, 改善了混凝土表面的性能(改性)。为了提高 环氧封闭胶(底漆)耐候性(抵抗紫外线的能 力)加涂两层丙稀酸聚胺脂面漆。
(E)向孔内注入结构胶或插入管装式结构 胶至孔深2/3处。
(F)植筋:为避免空气进入将钢筋旋转植入 孔内。植入时当空气排完时有明显的钢筋制 度进入孔感。
(G)实例
探测钢筋位置
制孔
钢筋植入
钢筋原位拉拔试验
4、粘贴钢板
粘贴钢板主要有两种工法,涂抹法、贯注法。 当钢板厚度≤5mm或宽度≤300mm时采用涂抹法粘 贴钢板。当钢板厚度>5mm或宽度>300mm时采用 贯注法粘贴钢板。
界面层不仅使粘接剂固化物、被粘接材料结合成一个牢 固的整体共同发挥作用,而且还能发挥被粘接材料的潜 在能力,获得被粘接材料所没有的性能。
2、粘接的作用机理
(1)表面能:粘接剂两组份在被粘接物表面充 分浸润,粘接剂在高能表面上的物理吸附所提 供的范德华力形成粘接强度。
(2)化学键:与被粘接物表面形成化学键、 离键、氢键。
d、吸收与散射作用 光波、声波、热弹性波、 冲击波、震动波等在界面层上会产生散射与吸 收。
提高界面层性的途径 a、表面处理 b、优化环氧固化体系
(7)内应力的影响
内应力越大接头强度越低。控制内应力是提高 接头强度有效方法。
控制内应力有效途径:降低玻璃态转化温度Tg 会降低玻璃态收缩从而降低内应力。降低玻璃
通常使用的是固化物玻璃态的性能。
玻璃态转化温度Tg可以通过选择、调整树脂与 固化剂结构、交联密度来控制。
当玻璃态转化温度Tg温降至室温以下时,就能 得到柔性环氧固化物,其冲击韧性、剥强度、 伸长率都比较高,内应力比较小,对环境抵抗 能力强。性能优越的固化物。但耐热性低。
(6)界面层的影响
前面讲过:在粘接剂固化成型过程中,胶液和 被粘接材料之间经过复杂的物理化学反应形成 一个与粘接剂固化物、被粘接材料结构与性能 完全不同的界面层。界面层不仅使粘接剂固化 物、被粘接材料结合成一个牢固的整体共同发 挥作用,而且还能发挥被粘接材料的潜在能力, 获得被粘接材料所没有的性能。
二、桥梁维修与加固中的粘接技术
桥梁维修与加固中运用的粘接技术主要有:混 凝土涂装、裂缝修复、植筋、粘贴钢板、粘贴 碳纤维布(板)。
1、混凝土涂装
由于以前未建立高性能混凝土概念,混凝土施 工时,没有科学掺用矿物细料,没有科学使用 减水剂,施工性能是用大量掺水来实现的。因 此混凝土凝固后界面层很脆弱、混凝土内部存 在大量空隙。为水、气、其它有害物质进入混 凝土内部提供了通道。混凝土会发生碳化(中 性化)、碱—集料反应、盐雾腐蚀、冻融循环。
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