外貼碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

張俊耿

碳纖維布(CFRP)加固和修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是一項(xiàng)新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),它是利用樹脂類膠結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,從而達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的,為我們帶來很大經(jīng)濟(jì)效益。碳纖維加固修復(fù)技術(shù)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高效、施工簡便等優(yōu)點(diǎn),因此在混凝土結(jié)構(gòu)加固中得到廣泛的應(yīng)用。通過外貼碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的實(shí)踐和應(yīng)用,我們概括總結(jié)了碳纖維的材料性能、特點(diǎn)和加固施工工藝、技術(shù)要點(diǎn),可以供大家參考。

1 碳纖維布的主要性能和優(yōu)點(diǎn)

1.1 碳纖維布的主要力學(xué)性能

碳纖維布的主要力學(xué)性能見表1。

1.2 碳纖維布的優(yōu)點(diǎn)

1)抗拉強(qiáng)度高,是普通鋼材的10余倍,可達(dá)到高效加固的目的。2)自重輕,厚度薄,密度只有普通鋼材的1/4,對(duì)結(jié)構(gòu)自重和截面尺寸影響很小。3)具有良好的耐腐蝕性和耐久性,增加了結(jié)構(gòu)耐酸堿和抗大氣環(huán)境腐蝕的性能,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到保護(hù)作用。4)施工方便,不需要大型機(jī)械,易裁剪,方便靈活,功效高,工期短。5)適用面廣泛,可用于各種類型結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)任何部位的補(bǔ)強(qiáng)和加固。

表1 碳纖維布的主要力學(xué)性能

2 樹脂類粘結(jié)材料

1)打底膠。打底膠用于混凝土表面,具有滲透作用,并形成一個(gè)硬化層,為找平膠和浸潤膠的施工提供條件。2)找平膠。當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)剝落、蜂窩、凹陷等缺陷時(shí),需用找平膠進(jìn)行修復(fù),以獲得平整的碳纖維粘貼表面。3)浸潤膠。浸潤膠起傳力作用,將碳纖維充分浸潤并緊密粘貼在混凝土表面,使之與原構(gòu)件均勻協(xié)同受力。

3 碳纖維材料加固應(yīng)用方式

1)受彎加固。沿構(gòu)件的主軸方向粘貼碳纖維,使纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致,以提高構(gòu)件的抗彎能力。板受彎加固時(shí),宜采用多條密布方案。考慮到碳纖維布多層粘貼時(shí)受施工現(xiàn)場影響的因素較大,建議受彎構(gòu)件粘貼碳纖維布的層數(shù)不應(yīng)超過3層。2)受剪加固。沿構(gòu)件縱軸垂直方向粘貼纖維,由碳纖維與箍筋共同分擔(dān)剪力,以提高構(gòu)件的抗剪能力。3)抗震加固。沿構(gòu)件主軸垂直方向粘貼碳纖維,可以較好的改善延性,提高其抗震性。柱的抗震加固應(yīng)采取封閉式粘貼碳纖維布的方法。另外,碳纖維材料也可以用于殼體、筒體結(jié)構(gòu)的加固,還可以根據(jù)情況施加預(yù)應(yīng)力提高加固效果。

4 施工工藝和技術(shù)要點(diǎn)

4.1 碳纖維材料粘貼施工程序

碳纖維材料粘貼施工工序:卸荷→混凝土表面打磨、清理→涂打底膠→刮找平膠→刷浸漬膠→粘貼碳纖維布→刷浸漬膠→碳纖維布表面處理→表面防護(hù)處理。

4.2 卸荷

在加固實(shí)施過程中,碳纖維受力應(yīng)變滯后,因此在加固構(gòu)件施工時(shí)按設(shè)計(jì)進(jìn)行卸荷,以減小已產(chǎn)生的變形和裂縫,提高碳纖維的受力效果。加固前先將混凝土結(jié)構(gòu)粉刷層及表面雜物清除,并鑿開保護(hù)層直至結(jié)構(gòu)層基面,方可進(jìn)行下一步處理。

4.3 混凝土表面打磨和清理

1)被粘貼混凝土基面應(yīng)仔細(xì)打磨平整,表面出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩和腐蝕等缺陷的部位應(yīng)予以鑿除,直至露出混凝土結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬新面。2)應(yīng)使用空壓機(jī)、吸塵器將混凝土表面灰塵清理干凈,并保持干燥;用膠將凹陷修復(fù)平整,較大面積應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。3)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求對(duì)裂縫進(jìn)行灌縫或封閉處理。4)轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑應(yīng)不小于20 mm,以免產(chǎn)生應(yīng)力集中。

4.4 刷膠

1)各種膠應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場不同的環(huán)境和溫度,按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行調(diào)配,并嚴(yán)格控制膠的使用時(shí)間(一般在20 min～50 min內(nèi)用完)。2)底膠要均勻涂刷于混凝土表面,且浸透于混凝土孔隙內(nèi);浸漬膠要充分浸潤于纖維周圍,嚴(yán)禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象,特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。3)每次刷膠或找平等固化(固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定,以指觸干燥為準(zhǔn))后方可進(jìn)行下一道工序。

4.5 施工環(huán)境條件要求

碳纖維布粘貼時(shí),施工環(huán)境氣溫應(yīng)在5℃～35℃之間,環(huán)境相對(duì)濕度應(yīng)小于80%,否則會(huì)影響質(zhì)量;氣溫超出時(shí),粘貼施工應(yīng)采取預(yù)熱(或隔熱)措施。

4.6 粘貼碳纖維布

1)須按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布。2)粘貼碳纖維布時(shí),必須兩人密切配合,一人拉緊碳纖維布,一人用專用的滾筒(或刮板)順纖維方向從一側(cè)多次滾壓,確保粘貼緊密不留氣泡,使浸潤膠充分浸透碳纖維布,并保持均勻;滾壓過程中,不得損傷碳纖維布。3)注意搭接區(qū)粘貼,做好標(biāo)記,保證搭接長度不小于100 mm。4)多層粘貼重復(fù)上述步驟,應(yīng)在纖維表面浸潤膠固化干燥后進(jìn)行下一層的施工,各層碳纖維布的搭接位置宜相互錯(cuò)開。5)粘貼要確保可靠,必要時(shí)應(yīng)采取附加錨固措施。

4.7 表面防護(hù)處理

碳纖維加固完成后,要防止雨淋和受潮,并注意保護(hù)表面;最后一層表面,應(yīng)采取抹環(huán)氧砂漿或涂防火涂料進(jìn)行保護(hù)。

5 檢驗(yàn)和驗(yàn)收

1)材料進(jìn)場。應(yīng)確認(rèn)碳纖維材料和結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品合格證、檢測報(bào)告及各項(xiàng)性能指標(biāo)是否符合設(shè)計(jì)要求和相關(guān)規(guī)定,并根據(jù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行復(fù)試檢測。

2)工序隱蔽工程檢驗(yàn)和驗(yàn)收。每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按設(shè)計(jì)和相關(guān)要求進(jìn)行隱蔽工程檢驗(yàn)和驗(yàn)收,并做好相關(guān)的驗(yàn)收記錄;如出現(xiàn)質(zhì)量問題,應(yīng)立即返工。

3)質(zhì)量驗(yàn)收。施工結(jié)束后,質(zhì)量驗(yàn)收以評(píng)定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)為主,用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面,以回音判斷粘結(jié)效果,總有效粘貼面積應(yīng)不小于95%。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實(shí)的現(xiàn)象,應(yīng)采用針管注粘結(jié)膠的方法進(jìn)行補(bǔ)救。

4)其他要求。除滿足設(shè)計(jì)和CECS 146∶2003碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程的要求外,還須滿足混凝土、防火等其他國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范。采用碳纖維布加固的混凝土結(jié)構(gòu),長期使用環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃。

6 結(jié)語

工程實(shí)踐證明,碳纖維增強(qiáng)材料加固技術(shù)對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的補(bǔ)強(qiáng)加固效果十分理想,是一個(gè)行之有效的方法。與傳統(tǒng)加固方法相比,碳纖維材料優(yōu)異的力學(xué)性能、簡便的施工工藝及適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)更是得到普遍認(rèn)同,其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)綜合效益良好,具有較大的發(fā)展前景。

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