喷射纤维加劲聚合物(SFRP)加固混凝土结构的试验与实桥应用

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发布时间：2022-06-22

资料介绍

[提要] 综述了纤维加劲聚合物(FRP)的优点,指出了 FRP 的设计与其所组成的材料、外形和制造方法的设
计之间的密切关系。为了克服价格品贵的缺点，目前的趋势是发挥这种复合材料在强度、重量、耐久性、施工
简便等方面的综合优势,使它在结构修复与加固工程中已经非常具有竞争力。列举了各种纤维和树脂的性质
与价格。介绍了最近由加拿大首先发展,应用于混凝土桥梁加固中的喷射 FRP 技术的试验与实桥应用,根据
试验结果讨论了这种新技术的优点和发展前景。
[关键词] 纤维加劲聚合物桥梁混凝土修复加固
1 喷射
一、纤维加劲聚合物在桥梁加固工程中的应用
纤维和树脂的性能参数和价格
表1
纤维（包括玻璃纤维、芳仓纤维及碳纤维等）加劲
纤维与树脂
E
f。
e。
价格
聚合物（Sprayed Fiber Reinforced Polymer,简称SFRP）
的类型
（GPa）
(GPa)
（%）
( $ /lb)
高
碳纤维
的应用对结构的修复、加固及延长使用寿命等具有十
320-725
1.7-5.5
1.7-2.2
40－700
高
芳仑纤维
分重要的意义。这些先进的复合材料由于特殊的物
（Kevlar49,149）
117-186
3.4-4.1
2.0-2.8
10-25
理、化学性质及在使用环境下的耐久性使它们在基础
维
玻璃纤维（S）
89
4.6
5.4-5.7
3-5
结构修复中的应用极具吸引力。其主要优点为：高的
碳纤维
170-310
1.4-6.8
1.3-2.0
12-40
强度与质量比；高的刚度与质量比；良好的抗腐蚀及抗
芳仑纤维
62－83
2.8
3,6-4.0
8-12
（Kedar29）
化学作用性能；较高的抗疲劳强度；可控制的热胀冷缩
玻璃纤维
55-81
2.8-4.1
3-4.8
1-3
特性；独特的、可控制的阻尼特性。
聚乙烯纤维
这些特性连同组合不同材料以加强某种性能(如
（Spectr：900）
117
2.6
3.5
40
抗压碎、阻尼等）的可能性，导致更多人研究复合材料
树
环氧树脂
2,0-4.5
27.6-62
4.0-14
20-3
脂
乙烯树脂
3.6
80
4.0
1-1.5
在基础结构中应用。为了使其在所有这些应用中得以
成功实现,主要应了解它们不同于钢材的设计方法。
构中的应用主要由加拿大不列颠哥仑比亚大学(Uni-
复合材料的设计与其材料、外形及制造工艺等的设计
versity of British Columbia）在20世纪末、21世纪初率
十分密切。例如，如采用模拔法（pultrusion process）进
先探索成功，并应用于加拿大的安全桥（Safe Bridge）。
行制造，则组装的产品将限于具有大百分率单向纵筋
二、喷射纤维加劲聚合物加固混凝土桥梁试验和
的等截面杆件。同样,如选择近于网状的编织结构,其
实桥应用
结果将自动选择树脂传布模型(RTM)作为制造工艺，
1.材料与喷射工艺
这个选择由于对粘稠度的要求又将导致不能选用热固
喷射的复合材料有3种基本成分，树脂和催化剂
材料为母材。在 RTM 热固系统中,复合材料实际上
分别喂入喷射枪，并在其中混合，然后作为单一的化合
是与结构同时形成的。因此，先进的 FRP 结构的设计
物喷射出来。玻璃纤维是以粗纱的形式供应。两根粗
不只是构件或结构的设计,而主要是制造构件的材料
纱绞线喂入装在喷枪顶部的切断器，通过一对滚轮的
与制造工艺的设计。表1为可能在土木工程中应用的
中间，其中一个滚轮沿其圆周装有等间距的刀刃，刀刃
某些复合材料中所用的纤维和树脂的部分性能与价格
间距是可以调整的。刀刃将纤维切成短段,其长度可
情况。
以在8～48mm之间调整。喷枪从其下口喷射树脂和
以往 FRP 应用于桥梁方面的大量研究工作主要
健化剂的混合物，同时从顶部的切断器喷射纤维。这
是关于多层板粘贴，纤维布的缠绕、包裹，以及各种
两股喷射流合并在一起，连续地喷射到结构表面，其结
FRP力筋的试验研究与实践。喷射 FRP 的技术早在
果是形成一层随机分布的、被充分催化了的树脂包裹
多年以前就在造船航海、汽车工业中应用,但在桥梁结
的纤维。这种方法可以形成所要求的任意厚度的