Reparação e Reforço de Pontes

1 Visão geral do projeto

Reconstrução e reforço de uma secção da ponte antiga, construída em 2012. No entanto, quatro anos após a sua entrada em funcionamento, toda a ponte sofreu danos de vários graus devido à queima de resíduos combustíveis sob a ponte. Em particular, os danos nos pilares da ponte, nos apoios e noutras partes mais próximas do local foram particularmente graves. Na maioria destes locais, o betão da base caiu, deixando as barras de aço expostas. Foi identificado que a ponte estava classificada como Categoria 3, pelo que necessitava de tratamento. Tendo em conta os requisitos da ponte para a capacidade de suporte e a durabilidade das colunas dos pilares, decidiu-se utilizar PRFV de carbono para reforçar a tecnologia. O PRFV de carbono com um diâmetro máximo até 10 cm e a argamassa de cimento polimérico são utilizados para reforço. Os dados de referência para a seleção de PRFV específicos de carbono são apresentados na Tabela 1.

2 Princípio de reforço do FRP de carbono

2.1 Materiais de FRP de carbono

Do ponto de vista da composição, os componentes deste material são a matriz e a fibra. Este material apresenta diversas vantagens evidentes:

①Excelente elasticidade, sendo a variável tensão-deformação um importante índice de referência.

②Resistência à corrosão, textura leve e bom desempenho.

③Operação cómoda e de fácil construção.

Por conseguinte, os materiais de construção deste material são frequentemente utilizados na construção de PRFV de carbono colado. Comparativamente ao aço, o peso deste material é apenas 0,25 vezes superior, mas apresenta uma resistência à tracção mais de 10 vezes superior à do aço. Este é expresso por um valor específico, ou seja, a resistência à tracção deste material compósito de fibra de carbono pode atingir os 43000 MPa.

2.2 Material de ligação

Apenas os materiais de ligação que cumpram as normas de resistência, rigidez e flexibilidade podem garantir que a combinação de betão e fibra de carbono PRFV tem resistência suficiente. Além disso, o material de ligação deste material pode ser utilizado após a rutura do betão, de modo a que os dois lados da fissura possam ser integrados num todo. Além disso, o material de ligação não tem requisitos rigorosos para condições de cura e pode ser curado mesmo em condições normais. Em geral, para a construção de reforço no terreno, o melhor tempo de cura da ligação não deve exceder 3 horas. Tendo em conta os requisitos de desempenho da ponte de construção, o material de ligação também necessita de ter um certo índice de fluidez e viscosidade. Os materiais de nivelamento, primários e resinas de impregnação são materiais de ligação populares atualmente.

3 Processo de construção

O processo específico de construção da tecnologia de reforço de PRFV de carbono colado consiste em:

Preparação da construção - lajeamento da construção - tratamento da superfície do betão - preparação e pintura da camada inferior de resina para nivelamento de irregularidades - aplicação de resina impregnada ou pasta de resina - colagem de PRFV de carbono e inspeção de qualidade - manutenção da superfície

4 Método de inspeção no local da qualidade do reforço de FRP de carbono

4.1 Seleção de equipamentos e amostras

Utilize um testador de resistência de ligação. Após a conclusão do reforço da chapa de fibra de carbono, a qualidade é verificada na superfície da estrutura. Ao selecionar o método de amostragem, deve ser considerada a área onde o PRFV de carbono será colado. Se o número de amostras estiver dentro de 500 m², deve ser recolhido um conjunto. Se a área for de 500 a 1.000 m², devem ser recolhidos dois conjuntos. Para áreas acima de 1.000 m², devem ser recolhidos dois grupos por 1.000 m², com uma distância mínima de 500 mm entre cada amostra.

4.2 Procedimento de ensaio

Este teste utiliza um testador de resistência de ligação. O teste de organização ordenada baseia-se no manual de instruções correspondente. A velocidade de carga é controlada a 1500~2000N/min. A carga quando a amostra está danificada é detetada a tempo e registada com precisão.

4.3 Resultados dos testes

4.3.1 Formas de destruição

(1) O dano do betão é expresso por Ar.

(2) A rotura da camada intermédia, representada por Br, ocorre entre a resina e o betão.

(3) O dano do PRF de carbono, representado pelo Cr, concentra-se geralmente no interior do PRF de carbono.

(4) A falha de aderência, expressa por Dr, ocorreu entre a chapa de fibra e o bloco de aço standard.

4.3.2 Organização dos resultados do ensaio: O número de amostras em cada grupo é definido como 3, e a média aritmética é obtida após o cálculo com base nos dados de ensaio obtidos, sendo este resultado considerado como a resistência à tracção positiva. Além disso, os resultados dos ensaios incluem o modo de falha específico e o valor médio da resistência à tracção positiva.

4.3.3 Julgamento da qualidade da construção

(1) Quando a forma de dano é Ar, indica que a qualidade da construção cumpre os requisitos.

(2). Quando o modo de falha é Br, Cr, Dr, analise primeiro o valor médio da resistência de aderência à tracção positiva de cada grupo, que deverá ser > 2,5 MPa. Após a análise das amostras internas, considera-se o valor mínimo da resistência de aderência à tração positiva, que deve ser superior a 2,25 MPa. Ao mesmo tempo, o cumprimento das condições acima referidas indica que a qualidade da construção cumpre os requisitos.

(3) Quando o modo de falha é Br ou Cr, a análise é realizada da mesma forma que a anterior. Considere o valor médio da resistência à tracção positiva de cada grupo. Se o valor estiver dentro de 2,5 MPa e o valor mínimo da resistência à tracção positiva de cada amostra não atingir 2,25 MPa, os requisitos de qualidade não serão cumpridos neste momento, e o número de amostras deverá ser expandido e testado novamente da mesma forma.

(4) A forma de falha é Dr, considerando o valor médio da resistência à tracção positiva de cada grupo. Se o valor estiver dentro de 2,5 MPa e o valor mínimo da resistência à tracção positiva de cada amostra não atingir 2,25 MPa, os requisitos de qualidade não serão cumpridos neste momento, e a amostra deverá ser novamente preparada e testada da mesma forma.

5 efeito de reforço

Após a conclusão da construção acima, para confirmar se a ponte reforçada cumpre os requisitos padrão, deve ser verificada. Após a inspeção, a cola de resina da parte inferior da escova e da parte superior da escova penetrou na manta de fibra de carbono, produzindo um bom efeito de colagem. A peça de fibra de carbono FRP utilizada no projeto não apresentava deslizamento, fissuras, descamação e outros fenómenos. Além disso, a posição de colagem do projeto é precisa e o comprimento da colagem também cumpre os requisitos. Após dois anos de utilização após a conclusão da construção, a qualidade da ponte melhorou continuamente, sem fissuras.

6 Conclusão

Em suma, a tecnologia de reforço de FRP de carbono mencionada no texto é simples de operar e conveniente de construir, sendo a preferida em projetos de reconstrução e reforço de pontes.

Para além das vantagens acima referidas, o custo de capital necessário para a tecnologia de reforço de FRP de carbono é relativamente pequeno, e está provado que o efeito de reforço de ponte alcançado por esta tecnologia é muito bom, pelo que tem uma boa perspetiva de promoção e aplicação.