摘要:碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型結(jié)構(gòu)加固方法。某110kV變電所戶內(nèi)電容器爆炸引起火災(zāi),導(dǎo)致電容器室框架梁受到一定程度的損傷,危及結(jié)構(gòu)安全,影響設(shè)備的安全運行,經(jīng)分析比較多種加固方案,最終采用粘貼碳纖維布對該框架梁進行加固。


關(guān)鍵詞:碳纖維布 加固

1、  碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)簡介

    碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來興起的一項新型加固技術(shù),該項技術(shù)是將碳素纖維這種高性能纖維應(yīng)用于土木工程,利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體(CFRP),通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的。

2、  碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理

    碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點,其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要為二種:碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍,而彈性模量與鋼材相當,某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種很好的加固修復(fù)材料;配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量,而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復(fù)合性整體,并且共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力,達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固、補強的目的。

3、加固工程概況

    某110kV變電所建于2000年,因電容器室爆炸燃燒,第二榀框架梁遭到破壞,保護層混凝土開裂、酥松、剝落,下弦鋼筋變形較嚴重,鋼筋受力截面削弱,危及結(jié)構(gòu)安全,影響電力的安全生產(chǎn)。經(jīng)基建部門、設(shè)計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進行加固,防止大梁的過度變形,延長梁的使用壽命。

4、碳纖維布加固框架梁設(shè)計

4.1碳纖維布加固的前提

    首先,利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測,以供加固參考。經(jīng)檢測,混凝土的實際強度為C30。根據(jù)設(shè)計圖紙,及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的受損情況,考慮提高框架梁的抗拉強度等級,為此,將610mm寬的碳纖維布裁成兩半,分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側(cè),加固后,增加了原受拉鋼筋面積,彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減,構(gòu)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。

4.2碳纖維布的設(shè)計

    在受彎加固時,應(yīng)使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致。因梁底寬度為350mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍,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);再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。

碳纖維布的主要力學(xué)指標

 
抗拉強(Mpa)

彈性模(Mpa)

延伸率(%)

技術(shù)規(guī)程指標

≥3000

≥2.1×105

≥1.4

4.3配套樹脂粘結(jié)材料的設(shè)計

    配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成,分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝,在現(xiàn)場使用時,應(yīng)按工藝要求、按照規(guī)定的比例混合均勻,以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結(jié)樹脂。

①底層樹脂  底層樹脂作用是增強表面混凝土與找平材料或粘結(jié)樹脂界面粘結(jié)強度;

②找平樹脂  找平樹脂是使表面平整度符合規(guī)定要求,并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結(jié)強度;

③粘結(jié)樹脂  粘結(jié)樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結(jié)材料,其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結(jié),使其共同承受結(jié)構(gòu)的作用。

配套樹脂粘結(jié)材料的主要力學(xué)性能指標:

   
正拉粘結(jié)強度(Mpa)

剪切強度
(Mpa)

拉伸強度
(Mpa)

彎曲強度
(Mpa)

底層樹脂

找平樹脂

技術(shù)規(guī)程指標

≥2.5,且大于混凝土抗拉強度的1.2倍

/

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粘結(jié)樹脂

技術(shù)規(guī)程指標

同底層樹脂

≥10

≥30

≥40

 


4、  施工準備

(1)、主要材料:底膠、粘著膠、碳纖維布。

(2)、輔助材料:低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機、剪刀、鑿子、刮板、吹風(fēng)機、榔頭、量具等。

(3)、搭設(shè)腳手架:

     按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架,高度以滿足施工要求和施工方便。

5、  施工程序

    表面處理→修補找平→定位、下料→膠料配制→粘貼碳纖維布→表面防護→檢驗、驗收。

6、  施工方法

(1)、表面處理:清理粘貼部位混凝土表層,打磨平整,并用MA砂漿修補,平整度應(yīng)達到5mm/m;框架梁、柱節(jié)點轉(zhuǎn)角粘貼處須打磨成圓弧狀,圓弧半徑不小于20mm。表面打磨后用吹風(fēng)機吹凈,并用PT劑清洗干凈。

(2)、修補找平:被加固的框架梁混凝土保護層部分疏松,應(yīng)清除直至露出結(jié)構(gòu)層;局部裂紋、蜂窩用MA砂漿修補表層修復(fù)平整。

(3)、膠料配制:按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠,調(diào)制前對A、B兩組按規(guī)定比例分別攪拌,混入后再充分攪拌。

(4)、粘貼碳纖維布:按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布,將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部份的混凝土面層上;鋪貼碳纖維布,并用滾筒沿碳纖維布纖維方向多次滾壓,使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。

(5)、表面防護:在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。

(6)、檢驗:粘貼完工后,按規(guī)程進行檢驗。