碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

張　奕

摘要:由于自然環(huán)境、施工質(zhì)量和實(shí)際使用各種因素的影響,已建砼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低、承載能力不足,砼表面裂縫等問(wèn)題,這些砼結(jié)構(gòu)或構(gòu)件除少數(shù)為必須拆除重建才能滿足需要以外,絕大部分可以通過(guò)加固改造就能提高或者改善結(jié)構(gòu)承載能力,由此而達(dá)到結(jié)構(gòu)安全和滿足使用要求。該文簡(jiǎn)要介紹了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固的特點(diǎn)和原理,通過(guò)工程實(shí)例分析了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固施工的優(yōu)越性,闡述了碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的施工工藝及技術(shù)措施,從而促進(jìn)碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞:碳纖維布;加固原理;工藝特點(diǎn);技術(shù)要求

1 碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介及特點(diǎn)

碳纖維增強(qiáng)聚合物(carbon fibre reinforced poly-mer簡(jiǎn)稱cfrp,也稱為碳纖維增強(qiáng)塑料)是由環(huán)氧樹(shù)脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的。用碳纖維布加固具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):

a.高強(qiáng)高效:強(qiáng)度約為普通鋼板的10倍,抗拉強(qiáng)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(jié)構(gòu)自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪;

c.高耐久性:由于不會(huì)生銹,非常適合有鹽等腐蝕環(huán)境下使用,加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性;

d.施工簡(jiǎn)便:不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料,也不需現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施易于操作,經(jīng)濟(jì)性好;

e、施工工期短:本工程實(shí)例僅用一周;

因此,碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。

f.適用面廣:碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu),要求基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15即可;另外,磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。

2 碳纖維布加固的原理

粘貼碳纖維布加固修復(fù)砼結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來(lái)在發(fā)達(dá)國(guó)家興起的一項(xiàng)新型加固技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)是將碳纖維這種高性能纖維材料應(yīng)用于土木工程,利用樹(shù)脂材料把纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體,通過(guò)與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,提高結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的(抗彎、抗剪)承載能力,由此而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。

3 工程實(shí)例

某結(jié)構(gòu)物,因長(zhǎng)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?chē)?yán)重腐蝕,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開(kāi)裂、酥松、剝落,下弦鋼筋銹蝕、剝落,鋼筋受力截面削弱,危及結(jié)構(gòu)安全;經(jīng)與設(shè)計(jì)人員一起進(jìn)行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固,能防止腐蝕性氣體的侵蝕,延長(zhǎng)梁的使用壽命。

3.1 碳纖維布加固的依據(jù)及前提

碳纖維布加固的依據(jù):結(jié)構(gòu)物圖紙及經(jīng)過(guò)檢測(cè)報(bào)告。實(shí)地考察的腐蝕情況。薄腹梁的實(shí)際檢測(cè)強(qiáng)度。《混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程》。

碳纖維布加固的前提

首先,利用回彈法對(duì)薄腹梁混凝土進(jìn)行檢測(cè),以供加固參考。經(jīng)檢測(cè),混凝土的實(shí)際強(qiáng)度為C30。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)混凝土、鋼筋的腐蝕情況,考慮提高下弦的抗拉強(qiáng)度等級(jí),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(cè)(薄腹梁下弦寬度為200mm),加固后,相當(dāng)于增加原受拉鋼筋面積的46%,彌補(bǔ)了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減,構(gòu)件的承載力得到加強(qiáng),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(shè)計(jì)

因結(jié)構(gòu)物下底寬度為200mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時(shí)碳纖維布的幅寬效應(yīng)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(cè)及兩面?zhèn)冗?兩側(cè)邊高度為50-55mm),應(yīng)注意:轉(zhuǎn)角處須處理成圓角(r≥10mm)。

3.3 碳纖維布加固的施工

施工準(zhǔn)備.施工材料的準(zhǔn)備:底膠及粘著膠,t700s型碳纖維布。輔助材料的準(zhǔn)備:專(zhuān)用滾筒,刮板,角向磨光機(jī),剪刀,鑿子,榔頭,臺(tái)秤,丙酮。

搭設(shè)腳手架。按安全規(guī)程要求搭設(shè)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(bǔ)粉鑿除的混凝土梁,用sj-601防腐砂漿補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁(對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)),并養(yǎng)護(hù)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(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì),構(gòu)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(diào)和均勻,用刮板將它均勻地涂在屋架底面(兩側(cè)刮150mm),待膠固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定,以指觸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工。注意:調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完,一般情況下40min內(nèi)用完。

找平混凝土表面凹陷部位用修補(bǔ)膠(膠摻入兩倍粉料)填平,模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補(bǔ)膠填補(bǔ),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(diào)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(shè)計(jì)要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)部位,然后用專(zhuān)用滾子沿碳纖維布的受力方向來(lái)回滾壓,擠出汽泡。待指觸干燥后,即可以進(jìn)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(zhǎng)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(lái)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(hù)層(防火涂料或水泥砂漿)。

4 結(jié)論

根據(jù)加固原理可知,在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑,認(rèn)真查看材料的質(zhì)保書(shū)及使用說(shuō)明,掌握材料的各有關(guān)參數(shù),以確保它有足夠的強(qiáng)度,能保證碳纖維絲共同工作,同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作;在施工過(guò)程中,參照使用說(shuō)明,每道膠都必須處理好,特別是粘貼碳纖維布的jgn-c膠,應(yīng)盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間(細(xì)部空鼓處,可用針筒注射膠),確保相互共同工作。

通過(guò)對(duì)某結(jié)構(gòu)工程實(shí)例的施工操作,深深體會(huì)到碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介中介紹的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),該工程施工時(shí),在確保安全的前提下,僅使用了簡(jiǎn)單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪,在各種支架的遮擋處可以隨意穿過(guò),施工非常方便;另外,從加固后到現(xiàn)在,在腐蝕性氣體的侵蝕下,至今未見(jiàn)有被腐蝕處;該工程從開(kāi)工到結(jié)束僅7天(包括搭、拆腳手),工程總費(fèi)用僅約為11000.00元。

由此可見(jiàn),碳纖維布加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯,應(yīng)用前景很光明。

5 探討

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù),已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用,并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益;在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中,碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力,即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度,那么在其它的結(jié)構(gòu)中,碳纖維布能否起到加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的作用呢?因?yàn)樘祭w維布在結(jié)構(gòu)膠的作用下強(qiáng)度很高,其它結(jié)構(gòu)在用碳纖維布加固后,會(huì)否象類(lèi)似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超筋截面破壞一樣產(chǎn)生負(fù)面影響呢?

目前有關(guān)專(zhuān)家正在探索應(yīng)用碳纖維布加固磚砌體的技術(shù)(如磚砌體在外界環(huán)境影響下產(chǎn)生的裂縫修補(bǔ),采用碳纖維布來(lái)提高砌體的某些力學(xué)性能),該技術(shù)是粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)領(lǐng)域中的新生事物,如能成功,必將也能產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。