钢筋砼加固工程中结合钢纤维砼的应用
前言
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。抗弯试验表明：粘贴碳布时，碳布和砼表面的粘结强度很低；用碳棒嵌入法加固梁后，延性指标降低了42%，这是因为砼强度低，出现了早期被压碎的缘故；而增加了钢纤维砼后，基本上保持了RC梁原有的延性。用钢纤维砼的办法是可行的，连接面能很好地传递剪力，从而形成整体的抗弯断面。
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