碳纖維布加固技術(shù)于國(guó)內(nèi)最早通過(guò)的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》,其編號(hào)為CECS146:2003,現(xiàn)已經(jīng)被最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》代替,其編號(hào)為GB 50367-2006. 使用碳纖維加固技術(shù)是采用配套粘結(jié)樹(shù)脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,形成一個(gè)新的復(fù)合體使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋混凝土共同受力。增大結(jié)構(gòu)的抗拉或抗剪能力,提高強(qiáng)度。抗裂性和結(jié)構(gòu)的延性,和抗震加固的作用。
碳纖維加固適用范圍
纖維類(lèi)材料(碳纖維布、碳纖維板、芳倫纖維及玻璃纖維)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是采用配套粘結(jié)樹(shù)脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,起到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和抗震加固的作用。廣泛適用于建筑梁、板、柱、墻等的加固,以及橋梁、隧道、煙囪、筒倉(cāng)等其它土木工程的加固補(bǔ)強(qiáng)。施工工藝:表面處理→涂刷底膠→修補(bǔ)找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護(hù)→檢驗(yàn)
施工方法
1.施工準(zhǔn)備
1)施工前應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖,按設(shè)計(jì)圖紙,在加固部位放線(xiàn)定位。
2)應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)和被加固構(gòu)件混凝土的實(shí)際情況,擬訂施工方案和施工計(jì)劃。
3)應(yīng)對(duì)所使用的碳纖維片材、配套樹(shù)脂、機(jī)具等做好施工前的準(zhǔn)備工作。
2.混凝土表面處理
1)應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,露出混凝土結(jié)構(gòu)層。
2)被加固構(gòu)件表面打磨平整,除去表層浮漿、油污等雜質(zhì),直至完全露出混凝土結(jié)構(gòu)新面。轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。并用修復(fù)材料將表面修復(fù)平整。
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)表面打磨后,應(yīng)用強(qiáng)力吹風(fēng)器或吸塵器將表面粉塵徹底清除,并保持干燥。
3.配制并涂刷底層樹(shù)脂
1)應(yīng)按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制底層樹(shù)脂。
2)應(yīng)采用滾筒刷將底層樹(shù)脂均勻涂抹于混凝土表面。宜在底層樹(shù)脂表面指觸干燥后,盡快進(jìn)行下一工序的施工。
4.粘貼面找平處理1)應(yīng)按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制找平材料。
2)混凝土表面修補(bǔ)應(yīng)選用丙酮將表面浮塵擦去,有凹陷處,應(yīng)使用修補(bǔ)膠找平;有段差或轉(zhuǎn)角部位,應(yīng)抹成平滑曲面。
3)轉(zhuǎn)角處應(yīng)采用找平材料修理成為光滑的圓弧,半徑不應(yīng)小于20mm。
4)用刀頭寬度≥100mm的刮刀對(duì)凹坑實(shí)施填塞修補(bǔ)、找平,找平程度按眼觀目測(cè)無(wú)明顯的刮板或刮刀痕跡紋路平滑為準(zhǔn)。
5)宜在找平材料表面指觸干燥后,盡快進(jìn)行下一工序的施工。
5.碳纖維布(板)剪裁
1)按設(shè)計(jì)規(guī)定尺寸剪裁碳纖布,切記必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)尺寸,嚴(yán)禁斜切碳纖布,并防出現(xiàn)拉絲現(xiàn)象。
2)保證剪裁后的碳纖維加固向與粘貼部位的方向一致。
3)剪裁成型的碳纖維注意保護(hù)潔凈不受污染。
6.配制并涂刷浸漬樹(shù)脂或粘貼樹(shù)脂
1)配制粘結(jié)劑前應(yīng)仔細(xì)閱讀其使用說(shuō)明書(shū)。
2)按粘貼面積確定每次用量,以防失效浪費(fèi)。
3)嚴(yán)格按重量比計(jì)量使用配制。
4)按廠家配合比和工藝要求進(jìn)行配制,且應(yīng)有專(zhuān)人負(fù)責(zé)。攪拌應(yīng)順時(shí)針一個(gè)方向攪拌,直至顏色均勻,無(wú)氣泡產(chǎn)生,并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)混入。
5)調(diào)制好的粘結(jié)劑抓緊使用。
7.粘貼碳纖維材料
粘貼碳纖維布
1)粘貼碳纖維前應(yīng)對(duì)混凝土表面再次擦拭,確保粘貼面無(wú)粉塵。
2)混凝土表面涂刷結(jié)構(gòu)膠,必須做到涂刷穩(wěn)、準(zhǔn)、勻的要求,即:穩(wěn),刷涂用力適度,盡量不流不墜不掉;準(zhǔn),涂刷不出控制線(xiàn);勻,涂刷范圍內(nèi)薄厚較一致。
3)碳纖維布粘貼時(shí),同樣要穩(wěn)、準(zhǔn)、勻,核心要求做到放卷用力適度,使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。
4)滾壓碳纖布必須從一端向另一端滾壓,不宜在一個(gè)部位反復(fù)滾壓揉搓,滾壓中讓膠滲透纖維布,做到浸潤(rùn)飽滿(mǎn)。碳纖維布需要搭接時(shí),必須滿(mǎn)足規(guī)范要求≥100mm。
5)多層粘貼時(shí),應(yīng)在碳纖維織物表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一層的粘貼。如超過(guò)40分鐘,則應(yīng)等12小時(shí)后,再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。
粘貼碳纖維板
1)應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維板,并按產(chǎn)品生產(chǎn)廠提供的工藝規(guī)定配制粘結(jié)樹(shù)脂;
2)應(yīng)將碳纖維板表面擦拭干凈至無(wú)粉塵。當(dāng)需粘貼兩層時(shí),底層碳纖維板的兩面均應(yīng)擦拭干凈;
3)擦拭干凈的碳纖維板應(yīng)立即涂刷粘結(jié)樹(shù)脂,樹(shù)脂層應(yīng)呈突起狀,平均厚度不應(yīng)小于2mm;
4)應(yīng)將涂有粘結(jié)樹(shù)脂的碳纖維板用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩(wěn)壓實(shí),使樹(shù)脂從兩邊擠出,保證密實(shí)無(wú)空洞。當(dāng)平行粘貼多條碳纖維板時(shí),兩條板帶之間的空隙不應(yīng)小于5mm;
5)需粘貼兩層碳纖維板時(shí),應(yīng)連續(xù)粘貼。當(dāng)不能立即粘貼時(shí),再開(kāi)始粘貼前應(yīng)對(duì)底層碳纖維板重新進(jìn)行清理。
6)表面防護(hù)當(dāng)需要做表面防護(hù)時(shí),應(yīng)按有關(guān)規(guī)范的規(guī)定處理,以保證防護(hù)材料與碳纖維之間粘結(jié)可靠。8.1碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)原理構(gòu)件外部粘貼碳纖維片材加固法是根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力分析計(jì)算結(jié)果和受力特征,應(yīng)用配套樹(shù)脂將碳纖維片材粘貼于強(qiáng)度不滿(mǎn)足受力要求的混凝土構(gòu)件外部相應(yīng)部位,以達(dá)到構(gòu)件滿(mǎn)足承載力要求的一種補(bǔ)強(qiáng)加固方法。
8.2外部粘貼碳纖維加固法的加固原理與粘貼鋼板加固基本相同,是利用其配套樹(shù)脂的抗剪切強(qiáng)度將混凝土構(gòu)件承擔(dān)的荷載傳遞給碳纖維片材,使后粘貼碳纖維片材和原鋼筋混凝土構(gòu)件共同承受外部荷載作用力的一種加固方法。
8.3 因同屬構(gòu)件外部粘貼加固,碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)也存在應(yīng)力滯后、應(yīng)變超前和卸荷的問(wèn)題。設(shè)計(jì)施工時(shí)可根據(jù)直接卸荷和間接卸荷的適用范圍來(lái)確定采取不同的卸荷方式。
8.4 外部粘貼碳纖維加固與外部粘貼鋼板加固優(yōu)缺點(diǎn)分析比較:
①碳纖維材料本身相對(duì)比強(qiáng)度高、重量輕,加固施工后基本不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的外型尺寸,同時(shí)基本不增加原結(jié)構(gòu)自重;
②碳纖維加固施工工藝流程簡(jiǎn)單,施工工期短、效率高。
③碳纖維自身彈性模量高,加固后對(duì)溫度裂縫、銹脹裂縫等細(xì)微變形控制效果較好。
④碳纖維加固幾乎不用栓錨固定和外物加壓,對(duì)混凝土原結(jié)構(gòu)幾乎沒(méi)有破壞。
⑤采用碳纖維加固法加固施工后,裝飾施工時(shí)無(wú)須處理界面,只在碳纖維片材施工最后工序時(shí)灑砂粘貼即可。
⑥碳纖維加固雙層或三層粘貼時(shí),因自身厚度較薄,幾乎沒(méi)有因厚度增加的剪力力矩影響,所以加固效果較好。
⑦碳纖維布材因其材料自身的柔韌性、可纏繞性,對(duì)狹窄工作面的加固施工加固效果獨(dú)特。
⑧碳纖維布材為各向異性材料,加固設(shè)計(jì)時(shí)一般只是利用其縱向的高強(qiáng)來(lái)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件的拉彎強(qiáng)度,對(duì)于抗壓構(gòu)件和受力復(fù)雜的構(gòu)件加固效果較差。
⑨碳纖維加固一般不能補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件的剛度,用板材補(bǔ)強(qiáng)造價(jià)較高,其綜合效果不如粘貼鋼板或型鋼加固。
9 碳纖維加固適用范圍
9.1本加固方法普遍適用于房屋建筑和一般構(gòu)筑物中承受靜力作用的一般受彎及受拉構(gòu)件,對(duì)于受壓構(gòu)件、剛度不足構(gòu)件、承受動(dòng)荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件均不適合使用。對(duì)砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固中也可以應(yīng)用。 9.2 采用碳纖維片材加固的混凝土結(jié)構(gòu),長(zhǎng)期使用環(huán)境溫度一般不能大于60°C,特殊環(huán)境下采用此技術(shù),必須采取相應(yīng)的防護(hù)措施。