碳纖維布結構加固技術

張　奕

摘要:由于自然環境、施工質量和實際使用各種因素的影響,已建砼結構或構件可能會出現設計標準偏低、承載能力不足,砼表面裂縫等問題,這些砼結構或構件除少數為必須拆除重建才能滿足需要以外,絕大部分可以通過加固改造就能提高或者改善結構承載能力,由此而達到結構安全和滿足使用要求。該文簡要介紹了碳纖維布結構加固的特點和原理,通過工程實例分析了碳纖維布結構加固施工的優越性,闡述了碳纖維布結構加固技術的施工工藝及技術措施,從而促進碳纖維布結構加固技術的發展。

關鍵詞:碳纖維布;加固原理;工藝特點;技術要求

1 碳纖維布結構加固技術簡介及特點

碳纖維增強聚合物(carbon fibre reinforced poly-mer簡稱cfrp,也稱為碳纖維增強塑料)是由環氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。用碳纖維布加固具有以下幾個優點:

a.高強高效:強度約為普通鋼板的10倍,抗拉強度2500～3550MPA,彈性模量2.35×105～5.0×105MPA;

b.自重輕、厚度薄:比重1.8g/cm3,每層厚0.1～0.2mm,基本不增加結構自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪;

c.高耐久性:由于不會生銹,非常適合有鹽等腐蝕環境下使用,加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性;

d.施工簡便:不需大型施工機構及周轉材料,也不需現場固定設施易于操作,經濟性好;

e、施工工期短:本工程實例僅用一周;

因此,碳纖維結構加固技術在混凝土結構方面已產生較大的效應。

f.適用面廣:碳纖維加固技術適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補,如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構,要求基層混凝土的強度等級不低于C15即可;另外,磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。

2 碳纖維布加固的原理

粘貼碳纖維布加固修復砼結構技術是近年來在發達國家興起的一項新型加固技術,該項技術是將碳纖維這種高性能纖維材料應用于土木工程,利用樹脂材料把纖維粘貼于結構或構件表面,形成復合材料體,通過與結構或構件的協同工作,提高結構或構件的(抗彎、抗剪)承載能力,由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。

3 工程實例

某結構物,因長期受腐蝕性氣體的侵蝕,三根薄腹梁下弦混凝土與鋼筋均遭受嚴重腐蝕,導致保護層混凝土開裂、酥松、剝落,下弦鋼筋銹蝕、剝落,鋼筋受力截面削弱,危及結構安全;經與設計人員一起進行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進行加固,能防止腐蝕性氣體的侵蝕,延長梁的使用壽命。

3.1 碳纖維布加固的依據及前提

碳纖維布加固的依據:結構物圖紙及經過檢測報告。實地考察的腐蝕情況。薄腹梁的實際檢測強度?！痘炷两Y構加固技術規程》。

碳纖維布加固的前提

首先,利用回彈法對薄腹梁混凝土進行檢測,以供加固參考。經檢測,混凝土的實際強度為C30。根據設計圖紙及現場混凝土、鋼筋的腐蝕情況,考慮提高下弦的抗拉強度等級,為此,將610mm寬的t700s型碳纖維布裁成兩半,分兩層粘貼在下弦的底面及兩側(薄腹梁下弦寬度為200mm),加固后,相當于增加原受拉鋼筋面積的46%,彌補了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減,構件的承載力得到加強,而且,總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ,可以滿足使用要求。

3.2 碳纖維布加固的設計

因結構物下底寬度為200mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應及下弦的受拉范圍,考慮將碳纖維布裁為兩半,一層為300mm寬,一層為310mm寬,分兩層粘貼在梁的下側及兩面側邊(兩側邊高度為50-55mm),應注意:轉角處須處理成圓角(r≥10mm)。

3.3 碳纖維布加固的施工

施工準備.施工材料的準備:底膠及粘著膠,t700s型碳纖維布。輔助材料的準備:專用滾筒,刮板,角向磨光機,剪刀,鑿子,榔頭,臺秤,丙酮。

搭設腳手架。按安全規程要求搭設好腳手架,高度以方便施工為前提。

施工工藝

把屋架下弦被腐蝕部位的疏松混凝土鑿掉,把銹蝕的鋼筋用鋼絲刷刷掉被銹蝕層。補粉鑿除的混凝土梁,用sj-601防腐砂漿補粉鑿除的混凝土梁(對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環氧砂漿進行修復),并養護三天。用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈[未鑿部位(需加固處)用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質,構件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位要磨平],用丙酮將需粘貼處清洗干凈。涂底膠,將jgn-p膠甲乙組分按需按3:1的重量稱好,放在潔凈的容器中調和均勻,用刮板將它均勻地涂在屋架底面(兩側刮150mm),待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定,以指觸干燥為準)再進行下一工序施工。注意:調好的底膠須在規定的時間內用完,一般情況下40min內用完。

找平混凝土表面凹陷部位用修補膠(膠摻入兩倍粉料)填平,模板接頭等出現高度差的部位應用修補膠填補,盡量減少高度差。

粘貼碳纖維布。將膠甲乙組分按3:1的重量稱好,放在潔凈的容器中調和均勻,用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維布處,隨即把按設計要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設計部位,然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓,擠出汽泡。待指觸干燥后,即可以進行第二道碳纖維布的粘貼,方法同第一道。注意:碳纖維布的搭接長度一般為100mm,端部用橫向碳纖維布固定。

兩道碳纖維布粘貼完,待指壓干燥后,再刮涂一層jgn-c面膠,來回滾壓,使膠充分滲入到碳纖維布中去。

待面膠指觸干燥后,表面做一層保護層(防火涂料或水泥砂漿)。

4 結論

根據加固原理可知,在施工前必須選擇合適的粘結劑,認真查看材料的質保書及使用說明,掌握材料的各有關參數,以確保它有足夠的強度,能保證碳纖維絲共同工作,同時又確保碳纖維布與結構共同工作;在施工過程中,參照使用說明,每道膠都必須處理好,特別是粘貼碳纖維布的jgn-c膠,應盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間(細部空鼓處,可用針筒注射膠),確保相互共同工作。

通過對某結構工程實例的施工操作,深深體會到碳纖維布結構加固技術簡介中介紹的各項優點,該工程施工時,在確保安全的前提下,僅使用了簡單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據形狀及尺寸隨意裁剪,在各種支架的遮擋處可以隨意穿過,施工非常方便;另外,從加固后到現在,在腐蝕性氣體的侵蝕下,至今未見有被腐蝕處;該工程從開工到結束僅7天(包括搭、拆腳手),工程總費用僅約為11000.00元。

由此可見,碳纖維布加固結構技術的優點很明顯,應用前景很光明。

5 探討

粘貼碳纖維結構加固技術是一種新型的加固技術,已經得到較為廣泛的應用,并已產生較大的經濟效益;在混凝土結構的加固中,碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力,即碳纖維布的主要作用是提高結構構件的抗拉強度,那么在其它的結構中,碳纖維布能否起到加強抗拉強度的作用呢?因為碳纖維布在結構膠的作用下強度很高,其它結構在用碳纖維布加固后,會否象類似鋼筋混凝土結構構件的超筋截面破壞一樣產生負面影響呢?

目前有關專家正在探索應用碳纖維布加固磚砌體的技術(如磚砌體在外界環境影響下產生的裂縫修補,采用碳纖維布來提高砌體的某些力學性能),該技術是粘貼碳纖維結構加固技術領域中的新生事物,如能成功,必將也能產生較大的經濟效應。