一、碳纤维加固的发展背景及适用条件
碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的结构加固技术,它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,以达到对结构及构件加固补强的目的。碳纤维材料(cfrp)用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家,我国起步很晚,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心引进开发了此项目,并在全国建筑加固与鉴定第四届学术会议上获奖。
随着科学技术的发展,碳纤维布加固技术也日趋成熟起来,并逐渐在我们的工程施工得到应用。《碳纤维布加固修补结构施工及验收规范》中也明确指出:碳纤维布加固修补结构技术是一种新型的加固技术,主要用于混凝土结构的加固与修补工程;它是因设计或施工不当、材料质量不符合要求、使用功能改变、遭受灾害以及耐久性原因而需对钢筋混凝土、预应力混凝土及素混凝土结构进行加固修补。
二、材料要求
由于碳纤维布加固技术是一种加固与修补工程,因此,碳纤维布加固工程必须有专项的加固设计,对碳纤维布克重、厚度、抗拉强度、弹性模量等关键技术参数均应明确。
有时我们会碰要设计中要求碳纤维布厚度为0.3mm等这种市场中不常见的厚度,这时我们必须将市场中所能采购到的碳纤维布的各项技术参数与碳纤维布加固设计单位沟通,必要时进行设计材料的变更,必须确保设计方案与实际材料相符。
材料进场后,试验员应认真对碳纤维布及胶粘剂进行厚度等表观质量检查,并与型式检验报告及设计方案相核对,没有问题后,按照规定进行见证取样复试,待复试合格后,便可用于工程上。
三、机具设备
砂轮切割机、角磨机、刷子、砂纸、吹风机、滚筒刷、电动搅拌器、弹簧称、滚子。
四、工艺流程
施工准备→砼表面处理→涂刷底胶→构件表面残缺面修补→粘贴碳纤维布→养护→进行下层碳纤维布→……→养护→进行取样拉拔试验→涂装隐蔽
1.混凝土表面处理
1)混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。
2)裂缝修补:当裂缝宽小于0.2mm时,用环氧树脂进行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
3)打磨:用角磨机将构件表面凸出部分打磨平整,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状,圆弧半径不得小于10mm,但要注意保护构件的钢筋,不得有磨损构件主筋的行为。修复后的构件表面尽量平顺。
5)打磨完毕后,后刷子细心清理掉结构表面的灰尘,然后用吹风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。
2. 缺陷部位涂刷底胶
粘结剂各组份用弹簧秤计量,按重量比例要求置于容器中,电动搅拌器均匀搅拌,根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间,一般情况下1h内用完,对已产生固化现象的粘结剂严禁使用。
用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面,待胶固化后再进行下一工序施工。
3. 构件表面残缺面的修补
用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步,要点如下:
1)腻子各组份按规定比例称量准确,装入容器,用搅拌器搅拌均匀。
2)用腻子将构件表面凹陷部位填平,修复至表面平整。当腻子涂刮干燥后,腻子表面的凹凸细纹用砂纸打磨,确保被加固构件表面平整顺滑。
4. 涂刷底胶
将配好的粘结剂,用滚筒刷均匀涂刷于需要粘结的砼表面,在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
5. 粘贴碳纤维
粘贴碳纤维材料之前,首先应确认粘贴表面干燥。气温在5℃以上,如无有效措施不得施工。为防止碳纤维受损,在碳纤维材料运输、储存、裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料,每段长度一般以不超过3m为宜。为防止材料在保管过程中损坏,材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。碳纤维接头搭接长度必须符合设计要求,当设计无要求时,纵向搭接长度不得小于20cm,横向接缝不得小于5cm,当有多层碳纤维布加固时,层层间的横向接缝至少错开1/3碳纤维布的宽度。搭接部位应多涂树脂,保证接缝位置的碳纤维布均被浸透。其施工工艺要点如下:
1)粘结剂必须按照规定的比例称量准确,装入容器,用搅拌器搅拌均匀并在规定时间内使用完毕,当粘结剂出现固化现象时,必须停止使用。
2)在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸,用特制滚子反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘结胶充分浸透碳纤维布。浸透碳纤维布渗出的多余粘结胶应用软塑胶板刮除,防止粘结胶固化后加固构件表面不平整影响下层碳纤维布的粘贴。多层粘贴应重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴,粘结下一层碳纤维布时,如果上一层存在浮灰现象时,必须用刷子予以清除,并用吹风机吹,保证表面的干燥。
3)碳纤维布的粘结质量是整个施工工艺中的重中之重,因此当碳纤维布粘结完成后,应无空鼓、气泡等质量缺陷。若空鼓等质量缺陷时,针管注胶的方法进行补救,若粘结面积小于90%,则判定为粘结无效,需重新施工。
6. 养护
粘贴碳纤维材料后,需自然养护到初期固化,应保证固化期间不受外界干扰和碰撞,也不得进行下一层碳纤维布的粘结。
7. 拉拔试验
根据加固重要程度,对碳纤维加固质量进行局部切割,做拉拔实验。拉拔实验必须在粘结剂完全固化后进行,拉拔试验合格后,方可进行碳纤维布施工的隐蔽工作。
8、涂装
由于碳纤维布材料力学性能好,但耐火性能差,因此,加固补强构件必须做好防火处理。防火处理的方式常采用涂刷耐火涂层。涂装应在树脂初期固化后进行,涂装材料、厚度、耐火性能需按设计及有关规定进行。
五、施工安全环境措施
1、裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源,尤其是高压电线及输电线路。
2、碳纤维布的配套用胶要远离火源,避免阳光直接照射。
3、现场施工人员应穿工作服,同时还须佩戴口罩和手套,施工人员严禁在现场吸烟。
4、配置及使用胶的场所必须保持良好的通风。
5、登高作业必须搭设稳定的脚手架,并系好安全带。
6、使用剩余的粘结剂、碳纤维布应回收交给库房处理,不得随地抛洒。
参考文献:
[1]《碳纤维布加固修补结构施工及验收规范》同济大学主编
[2]《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》cecs146 : 2003
[3]《混凝土结构加固设计规范》gb50367-2006
[4]《结构加固修复用碳纤维片材》gb/t20490-2008

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