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碳纖維加固混凝土結構

發布日期:2017-02-04 23:40:07 瀏覽量:1085

快乐十分开奖结查询广东 www.jrzrs.icu 碳纖維加固混凝土結構是近十年來新興的一種加固技術,加固主材碳纖維布(carbon fiber sheet)具有高抗拉強度、高彈性模量、質量輕、厚度薄、耐腐蝕性能好、使用方便等特點。該技術是利用樹脂類材料將碳纖維粘貼于結構或構件表面,使碳纖維與混凝土形成一個復合性整體,通過其與結構或構件的協同工作,提高結構構件的抗彎、抗剪承載能力,達到對結構構件補強加固及改善受力性能的目的。碳纖維加固技術具有施工便捷、用途廣泛、不改變結構形狀及重量等特點,有很大的研究推廣價值及市場潛力。

1、工程概況

某宿舍樓在建設過程中,發現一根6米跨度的框架梁(250mm×400mm)底部及側面出現一細微貫通裂縫,約0.2mm寬。為保證結構安全,經建設、監理、設計及施工單位等相關方一起分析比較,最終采用粘貼碳纖維布的方法對該框架梁進行加固。

2、加固方案

施工前,將該框架梁部位上所堆放的材料移走,使加固施工時框架梁承受的荷載作用減小到最小程度。
裂縫處理:縫寬小于 0.2mm 的裂縫,用環氧樹脂進行表面涂刷密封;大于 0.2mm 的裂縫用環氧樹脂灌縫修補。

碳纖維加固:先在梁底粘貼與梁同寬的通長碳纖維布條,再粘貼100mm寬碳纖維布“U”形箍,間距200mm,并在梁兩側面上邊緣粘貼100mm寬通長碳纖維布條加固“U”形箍,最后在梁面粘貼一道碳纖維布,寬度為250+2×100=450mm,如下圖所示:

碳纖維加固混凝土結構

3、碳纖維布加固框架梁設計

3.1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。經檢測,混凝土的實際強度為C30。根據設計圖紙,及現場混凝土、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,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。

3.2碳纖維布的設計在受彎加固時,應使碳纖維片材的纖維方向與受拉區的拉應力方向一致。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;再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側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指標抗拉強(Mpa)彈性模(Mpa)延伸率(%)技術規程指標≥3000≥2.1×105≥1.44.3配套樹脂粘結材料的設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,在現場使用時,應按工藝要求、按照規定的比例混合均勻,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樹脂界面粘結強度;
②找平樹脂找平樹脂是使表面平整度符合規定要求,并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結強度;
③粘結樹脂粘結樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結材料,其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結,使其共同承受結構的作用。配套樹脂粘結材料的主要力學性能指標:正拉粘結強度底層樹脂找平樹脂技術規程指標≥2.5,且大于混凝土抗拉強度的1.2倍///粘結樹脂技術規程指標同底層樹脂≥10≥30≥404、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、吹風機、榔頭、量具等。
(3)、搭設腳手架:按安全規程要求搭設好腳手架,高度以滿足施工要求和施工方便。



3、灌縫施工

本工程采用環氧樹脂自動低壓速灌施工工藝對框架梁微裂縫進行修復補強,該工藝利用混凝土多孔性原理及注膠底座上的彈性橡膠膜收縮產生的壓力,將高流動度環氧樹脂壓入裂縫,并滲透至縫隙深處,達到恢復混凝土性能的目的。
3.1表面清理:用砂輪機將混凝土表面污物及浮漿清理干凈,直至露出密實的混凝土結構。
3.2安裝底座:在梁的兩側裂縫處各安裝兩個硅酮橡膠灌漿底座,并用專用底座粘接膠固定,兩個灌漿底座間距約200mm。
3.3裂縫密封:用封縫膠將整條裂縫及可能漏膠的部位進行表面密封,并等待封縫膠硬化。
3.4環氧樹脂灌注:將裝好低粘度環氧樹脂灌縫膠(TJ—LR)的專用注射筒安裝至底座上,并加壓灌注,直至灌滿為止。灌注過程應注意不可產生漏漿現象,且注射筒內無樹脂時應立即換補,連續施工。
3.5拆除底座:待樹脂硬化后,將橡膠底座拆除,并將表面打磨平整。

4、碳纖維加固

施工步驟:表面處理→涂刷底膠→修補找平→粘貼碳纖維→養護→檢驗
4.1表面處理
1、將整條框架梁底面及兩側面用砂輪機進行全面打磨,去除混凝土面層的污物、浮漿及松散結構,露出密實結構,并將其表面打磨平整。
2、將構件棱角部位打磨成圓弧狀,圓弧半徑不小于20mm。
3、用吹風機將表面灰塵和雜物清理掉,并用水及酒精清洗,需待混凝土表面充分干燥后方可進行下道工序施工。
4.2涂刷底膠
1、把底層樹脂的主劑和固化劑按規定比例稱量準確后放入專用容器內,先稱量主劑,然后加入固化催進劑,攪拌均勻, 1~3 分鐘后再加入固化劑,并用攪拌器攪拌均勻;一次調和量應在可使用時間(約30~40分鐘)內用完。
2、用專用滾筒刷將底層樹脂均勻的涂刷于混凝土表面,待樹脂表面指觸干燥(樹脂表面達到固化硬結)后才能進行下一道工序的施工。
3、底層樹脂指觸干燥或固化后,表面上的凸起部分(類似結露的露珠狀)要用砂布或角磨機磨平。
4.3修補找平
1、配制環氧膩子:膩子主劑、固化催進劑、固化劑按規定比例稱量準確,裝入容器,添加次序同底層樹脂施工要求,用攪拌器攪拌均勻;一次調和量應在可使用時間(約40—50分鐘)內用完。
2、構件表面凹陷部位采用環氧膩子填平,并修復至表面平整、順滑,無楞角。轉角處也應修復為光滑的圓弧,圓弧半徑不小于20mm。
3、膩子涂刮后,表面存在的凹凸糙紋,應用砂紙打磨平整。
4.4粘貼碳纖維
1、按設計尺寸剪裁碳纖維布,應注意必須滿足尺寸要求,并保證剪裁后的碳纖維方向與粘貼部位的方向一致。嚴禁斜向裁切碳纖布,防止出現拉絲現象。裁剪后的碳纖維布宜卷成卷狀,防止褶皺、彎折。
2、浸漬樹脂的主劑和固化劑應按規定的比例稱量準確,裝入容器用攪拌器均勻攪拌。一次調和量應在可使用時間(約50—60分鐘)內用完。
3、粘貼碳纖維前應對混凝土表面再次擦拭,確保粘貼面無粉塵后,將浸漬環氧樹脂均勻地涂抹于所要粘貼的部位。涂刷樹脂時,必須做到“穩、準、勻”的要求,即:穩,刷涂用力適度,盡量不流不墜不掉;準,在粘貼部位準確進行涂刷,滿刷且不出控制線;勻,涂刷范圍內薄厚均勻一致。
4、碳纖維布粘貼時,同樣要“穩、準、勻”,要求做到用力適度,使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。 滾壓碳纖維布時,必須用特制的滾筒從一端向另一端多次進行滾壓,擠除氣泡,不宜在一個部位反復滾壓揉搓,滾壓中應讓浸漬樹脂充分滲透碳纖維布,做到浸潤飽滿。碳纖維布需要搭接時,搭接長度必須大于100mm,并保證搭接部位的樹脂浸潤質量。
5、多層粘貼時,應在碳纖維織物表面指觸干燥后立即進行下一層的粘貼。如超過40分鐘,則應等12小時后,再行涂刷粘結劑粘貼下一層。
4.5養護
粘貼碳纖維布后應進行養護,養護期間(特別是初期固化期間)應嚴格保證不受外界干擾和碰撞,養護期約1周。
4.6檢驗
施工質量檢驗及驗收標準如下:
1、碳纖維片粘貼位置與設計要求位置相比,中心線允許偏差≤10㎜,采用鋼尺測量全部;
2、碳纖維片粘貼量≥設計數量,根據測量計算全部;
3、粘貼質量:
a.單個空鼓面積<1000mm2時采用充膠修復;≥1000mm2時采用割除修補;
b.空鼓面積之和與總粘貼面積之比小于5%,錘擊法全部或抽樣檢查;
4、粘接質量不符合要求需割除修補時,應沿空鼓邊沿,將空鼓部分的碳纖維布割除,用每邊向外緣擴展100mm大小的同樣碳纖維材料,用同樣粘結劑,補貼在原處。

5、施工注意事項

1、底膠和膩子的固化劑,與浸滲粘貼樹脂的固化劑不同,使用時應分清用途,不得用錯。固化劑中含有有機過氧化物,應避免使用鐵、銅等制品,應使用玻璃、鋁、不銹鋼等材料的容器。
2、樹脂、固化劑、固化促進劑的計量必須使用計量器,計量器精度為± 1g ?;旌系乃承蚴牽合燃屏渴髦?,然后添加固化促進劑攪拌 1~3 分鐘,再后添加固化劑攪拌 1~3 分鐘。嚴禁同時添加固化劑和固化促進劑進行混合。
3、樹脂的混合量應在可使用時間內用完,特別是在進行浸漬粘貼樹脂的施工時,應考慮浸滲時間再決定混合量。樹脂凝化時間一超過,就會發生急劇的固化,不能再進行使用,為保證施工質量,樹脂可使用時間應控制在比凝化時間短10分鐘左右。主劑、固化劑混合后,應嚴格遵守可使用時間,如果出現樹脂凝化的前兆應立即停止使用。
4、碳纖維布只有與所加固修補的混凝土表面緊密接觸,才可能產生良好的補強效果?;炷簾礱嫻娜窶黃鷂锘蚶憬?,都可能使碳纖維產生損傷,并導致強度降低。因此,粘貼碳纖維前,應檢查粘貼面是否平整,否則應進行打磨,使混凝土的平整度保持在1mm以內。
5、碳纖維布裁剪后應卷成小卷,防止褶皺。保管纖維布時,應避免日光直射及雨水、灰塵等的侵襲。碳纖維布在運輸、儲存過程中不得受擠壓,以免碳纖維受損,膠結材料應陰涼密閉儲存。
6、由于碳纖維為導電材料,施工時碳纖維布應遠離電氣設備及電源,或采取相應的防護措施;
7、粘結劑的配制應在室內進行,其操作環境及施工現場均應保持良好通風;
8、施工人員應戴防護面罩、手套并著工作服;
9、各種粘結材料不得污染生活水源。廢棄物不得倒入下水道,應按環保要求集中處理。

6、總結

利用碳纖維加固技術補強受損框架梁后,該框架梁面層按常規進行粉刷、涂飾,正常使用至今,未出現任何異常現象。
該補強技術操作簡便、施工快捷,施工時只需采用小型電動工具,而且施工速度快、工期短,不增加結構體積和重量,補強后不改變結構外形,同時不影響結構表面裝飾,與傳統的加固方法相比,具有明顯的優越性。隨著有關科研的開展,工程實踐經驗的積累,新應用領域的進一步探索與開拓,這項技術將更加成熟,更加完善,該技術的應用也必將呈現出更加廣闊的前景。


文章來源: 永年加固公司
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