粘貼碳纖維復(fù)合材加固法施工工藝小議

李敏 陳劍 金揚(yáng)輝

1 概述

據(jù)統(tǒng)計,我國現(xiàn)在有一大批二十世紀(jì)五六十年代建造的老房屋,因超過了設(shè)計基準(zhǔn)期而有待加固,全國又有大約1/3的住宅安全儲備不足,且城市的住宅結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入老齡化,有大量的住宅結(jié)構(gòu)需要加固,我國每年還有一大批因生產(chǎn)規(guī)模及工藝等更新,而需要技術(shù)改造和加層的建筑物,它們因結(jié)構(gòu)超載而需要補(bǔ)強(qiáng)。同時,隨著國家抗震要求、設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的提高和改變使許多地區(qū)現(xiàn)有房屋不能滿足新設(shè)防的抗震要求,從而需要抗震加固。近年來社會上大量曝光的因工程質(zhì)量低劣所造成的危房,它們也需要加固處理。據(jù)業(yè)內(nèi)估計2008年以后,中國建筑的加固、維護(hù)業(yè)務(wù)將增長50%。這說明建筑加固行業(yè)存在巨大的發(fā)展空間與發(fā)展?jié)摿?同時也對我們從事這個行業(yè)的設(shè)計、施工等技術(shù)人員素質(zhì)提出更高的要求。

2 施工工藝流程

粘貼碳纖維施工工藝流程見圖1。

3 施工技術(shù)要求

3.1 被加固混凝土表面處理

被加固構(gòu)件在加固施工前,必須進(jìn)行表面處理,其目的:除銹、去污、凈化處理混凝土表面的老化部位;利用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)裂縫、填補(bǔ)孔洞、調(diào)整高差,削除、磨平構(gòu)件表面尖角,保證碳纖維粘結(jié)的可靠基礎(chǔ),確保結(jié)構(gòu)本體表面與碳纖維布充分粘結(jié)。

結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面處理包括:鋼筋露出部位防銹處理、裂縫修補(bǔ)、斷面修補(bǔ)、表面污垢碳化處理及修角加工等處理措施。

3.2 底膠涂布

1)一次配膠量不宜過多,一般情況配制好后在45 min～60min內(nèi)用完,膠的攪拌采用低速機(jī)械攪拌,攪拌時間以3 min為宜;2)涂膠采用滾輪毛刷均勻涂敷;涂敷量由底膠的品種和混凝土表面狀況而定,底膠應(yīng)涂敷1道～2道,如混凝土碳化嚴(yán)重,滲透量大時,增加涂敷次數(shù);以指觸確認(rèn)干燥后,再繼續(xù)下道工序。

3.3 找平處理

加固構(gòu)件表面不平整處采用修補(bǔ)膠修補(bǔ)構(gòu)件粘貼面,其目的:保證施工面平整,避免混凝土面與纖維布之間有氣泡或膨脹空鼓發(fā)生。加固構(gòu)件表面處理見3.1。

3.4 浸漬膠涂底

浸漬膠涂底施工時,應(yīng)注意:必須使浸漬膠充分浸透,采用專用滾輪單向滾壓纖維布;起拱部位和角落部分容易產(chǎn)生空氣滯留,使用專用帶齒除泡滾筒去除滯留空氣。由于固化時間有限,每次膠的混合量應(yīng)以在施工時間內(nèi)可涂布面積計算,攪拌必須充分。涂敷應(yīng)均勻,涂敷膠量以浸透纖維布為標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 粘貼纖維布

1)粘貼纖維布施工時,應(yīng)注意:必須確定受力方向,粘貼方向不能弄錯;纖維布一定要鋪設(shè)平整,不能褶皺、彎曲。2)裁剪尺寸須包含縱橫向重疊部分,剪裁下的碳纖維布不能折疊,卷滾在半徑 R≥80mm的圓滾上;裁剪好的纖維布,應(yīng)放置在無塵、干燥環(huán)境保管。3)纖維布必須沿定位線粘貼,多層粘貼應(yīng)逐層進(jìn)行,必須待第一層固化后再粘第二層,不得一次粘貼多層纖維布;在一處粘貼多塊纖維布,應(yīng)先粘中心的一塊,然后向兩邊擴(kuò)展;碳纖維布在外凸角粘貼時,不要讓纖維布受折損傷;在內(nèi)凹角粘貼時,采用半徑相同的橡皮滾輪,擠壓凹角,以免扯離邊使凹角處纖維扯起,滾壓時沿受力方向滾壓,不要往返用力。4)纖維搭接長度。在纖維方向一般規(guī)定為100mm;與纖維垂直方向兩塊之間無需搭接;在粘貼的纖維布面積中間,若有開口或障礙物阻擋時,纖維布的剪裁應(yīng)事先計劃,并對這些削弱的部位作好補(bǔ)強(qiáng)措施。

3.6 浸漬膠上涂

1)目的:表層保護(hù),或為下一層纖維布的粘結(jié)作準(zhǔn)備。2)上涂后到固化前,檢查纖維布有無浮起、膨脹或剝落,若有應(yīng)立刻修整。3)浮起、膨脹部分,在未固化前,用脫泡滾朝纖維方向推,將氣泡排出去;如浮起、膨脹已經(jīng)固化,可采取開排氣孔,用注射器灌膠充填。

3.7 養(yǎng)護(hù)固化

粘貼碳纖維片材加固施工養(yǎng)護(hù)條件要求不高,在室外施工時為不使雨水、砂、灰塵附著在纖維布上,須用塑料布養(yǎng)護(hù)。纖維布粘結(jié)后,用塑料布覆蓋24 h以上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。平均溫度10℃以下,初期固化時間約2 d;平均溫度10℃～20℃,初期固化時間約1d～2 d;平均溫度在20℃以上,初期固化時間約1 d。完全固化一般要求時間較長,一般固化 80%以上就可以受力,平均溫度在20℃以上時須固化7 d,平均溫度在10℃時須固化14 d才能受力使用。

3.8 表面涂裝

1)目的:避免樹脂膠白化、老化現(xiàn)象。表面浸漬膠受紫外線、臭氧的影響會產(chǎn)生老化、白化。2)有耐火要求時,需用石棉灰漿或水泥砂漿抹層(可在浸漬膠固化前,在纖維布表面粘豆砂石子糙化)。3)需要緩沖車輛等沖撞碳纖維表面時,設(shè)置砂漿防護(hù)層或掛網(wǎng)澆筑一層高強(qiáng)混凝土處理,使防護(hù)層和碳纖維布得到充分的附著強(qiáng)度。

4 粘貼碳纖維加固法檢驗及驗收

1)施工前材質(zhì)檢查。a.碳纖維的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂延伸率。b.結(jié)構(gòu)膠本身拉伸強(qiáng)度,正拉粘結(jié)強(qiáng)度,耐老化性能。c.檢查頻率,每2000m2檢測一次,每施工一次做一次檢測。d.檢測標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范規(guī)定。2)施工過程中質(zhì)量檢查。a.施工環(huán)境須符合氣溫在5℃以上,相對濕度在95%以下及沒有凍結(jié)現(xiàn)象。b.現(xiàn)場拉拔試驗。在作業(yè)面未涂底膠前,應(yīng)用現(xiàn)場專用拉拔試驗機(jī)檢測混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。其檢查標(biāo)準(zhǔn)為拉拔結(jié)果破壞面必須為混凝土破壞,并記錄破壞強(qiáng)度值,以作為完工后材質(zhì)優(yōu)劣之判別。每一施工工程檢測三組,每組三個試點(diǎn)。3)完工后工程質(zhì)量檢查。a.有無間隙、缺膠區(qū)、皺紋區(qū)和纖維彎曲區(qū)。b.完工后3 d,以金屬輕擊判別是否有空孔或含浸膠不良現(xiàn)象,若含浸膠不良面積達(dá)施作面積的2/3以上,則全部拆除,重新粘貼。c.空孔、氣泡檢查及處置方式,具體見參考文獻(xiàn)[2]。4)現(xiàn)場拉拔試驗。a.在全部碳纖維補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)區(qū),每500m2測一組(三個點(diǎn)),不滿500m2仍須測一組。b.測試標(biāo)準(zhǔn):拉拔結(jié)果破壞面必須為混凝土破壞或拉拔強(qiáng)度大于2.25 M Pa,視為合格。c.測出不合格的部位,在原測試位置300mm范圍內(nèi)(上下左右四點(diǎn)),再次復(fù)測,如三點(diǎn)測試合格,視為測試通過,如兩點(diǎn)測試合格,視為不合格,則該不合格作業(yè)面拆除重新粘貼。

5 粘貼碳纖維加固施工注意事項

1)碳纖維復(fù)合材料為導(dǎo)電材料,施工時應(yīng)注意安全用電;2)碳纖維復(fù)合材料施工過程中應(yīng)避免彎折和扭曲,否則容易開裂破壞;3)碳纖維復(fù)合材料配套樹脂的原料應(yīng)密封儲存,遠(yuǎn)離火源,避免陽光直接照射;4)配套膠的配制和使用場所應(yīng)保持通風(fēng)良好;5)現(xiàn)場施工人員應(yīng)采取相應(yīng)的勞動保護(hù)措施。

6 結(jié)語

目前,隨著建筑加固業(yè)的蓬勃發(fā)展,結(jié)構(gòu)加固工藝也愈趨復(fù)雜。針對粘貼碳纖維加固方法在加固行業(yè)應(yīng)用的普遍性,其對加固企業(yè)施工技術(shù)及人員素質(zhì)也提出更高要求。故本文在碳纖維加固施工方面做了一點(diǎn)梳理與工作,實踐證明,該施工工藝流程對保證粘貼碳纖維加固施工質(zhì)量是比較有效的,對類似工程具有一定的指導(dǎo)意義。

[1]GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[2]侯發(fā)亮.建筑結(jié)構(gòu)粘結(jié)加固的理論與實踐[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2003:231-237.

[3]李國勝.建筑結(jié)構(gòu)裂縫及加層加固疑難問題的處理——附實例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006:410-438.

[4]張學(xué)亮.淺談?wù)充摷罢程祭w維布技術(shù)在某工程中的應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(22):141-142.