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宜興市恒固碳纖維制品有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品: 特種建材
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產(chǎn)地 江蘇
材質(zhì) 碳纖維
品牌 恒固
規(guī)格 一級(jí)200g300克
功能 加固
商品介紹
在工程應(yīng)用研究方面,重點(diǎn)研究碳纖維片材(碳纖維布/碳纖維板之總稱)。在90年代由國(guó)家課題支持開展碳纖維片材在混凝土結(jié)構(gòu)(包括橋梁、隧道、水利設(shè)施和房建結(jié)構(gòu)),取得了應(yīng)用成果并得到廣泛推廣。2003年由中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS146:2003),作為指導(dǎo)性文件提供了設(shè)計(jì)施工和質(zhì)量檢驗(yàn)依據(jù)。而碳纖維片材用于橋梁加固技術(shù)是目前應(yīng)用較為普遍的技術(shù)之一,其十幾年來的應(yīng)用為橋梁加固事業(yè)作出了歷史性的貢獻(xiàn)。
針對(duì)傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足,諸如:因采用的加固材料(如鋼板/纖維布)溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,不能形成同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久性;采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人;以及采取增大截面法,結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等問題,碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù),主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性,既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力,也可充分利用新材料環(huán)境特征,達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料,主要成分為由碳纖維,通過特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間,含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3種,由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種;按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維,其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K(1 K為1 000根長(zhǎng)絲單位重量),大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢(shì)
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn),具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性,阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長(zhǎng)。由此可見,碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對(duì)比如下表:
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對(duì)比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度(g/cm3)
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)度(MPa)
≥1800
≥500
彈性模量(GPa)
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出,碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋,同樣體積的材料,重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢(shì)很大;碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋,其熱膨脹系數(shù)較低,就說明在相同的溫度下,膨脹的程度會(huì)低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能:(1)質(zhì)量輕(相當(dāng)于鋼密度的1/5);(2)強(qiáng)度高(抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍);(3)密度?。?.5g/cm3);(4)彈性模量高(彈性回復(fù)100%);(5)熱膨脹系數(shù)小,耐高溫和低溫性好;(6)耐酸性好,對(duì)酸呈惰性,耐濃酸侵蝕;(7)與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成,其粘結(jié)強(qiáng)度高,熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn):(1 )黏附性好,與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好,使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力;(2)穩(wěn)定性好,能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴(kuò)散;(3)和易性好,利用快捷、速凝的功能特點(diǎn),修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面,達(dá)到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國(guó)內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施,具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前,我國(guó)各級(jí)公路上營(yíng)運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬(wàn)座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中小類型的橋梁平均使用壽命測(cè)算,橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國(guó)年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座,合計(jì)約60余萬(wàn)延米。以二級(jí)路為例,每年國(guó)家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億幣,這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi),部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長(zhǎng)橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險(xiǎn)橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久,是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對(duì)當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù),各級(jí)橋梁管理部門都十分重視其處理效果,近年來積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù),但這并不是一件容易的事情,目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果,主要方法如:“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外(內(nèi))預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等,這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散,現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料(如鋼板/纖維布)其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化,形成不同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久;另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材,因鋼材有防銹處理的要求,這樣就增大了后期的維護(hù)投人,在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù),造成自重增加,影響使用效果;此外,在增大截面法中,因材料強(qiáng)度因素,需要增厚自重增加,影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?,F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求,但施工后的結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”,影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)。
由此可見,研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便,且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料,達(dá)到理想的加固改造,且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì),并對(duì)混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對(duì)加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ),待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復(fù)合筋,利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋,碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面,壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料;安裝完后,噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿,砂漿厚度不小于20MM,施工溫度應(yīng)在10℃-35℃,后對(duì)表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).
在認(rèn)識(shí)碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制品時(shí),很多人看到具有碳纖維紋路的制品感覺就是酷,具有時(shí)尚科技感。今天我們就來探討不同碳纖維紋路來做碳纖維復(fù)合材料制品有什么不一樣。
碳纖維在復(fù)合材料中起到承載載荷的作用,外界作用于CFRP復(fù)合材料上的力都會(huì)經(jīng)塑料傳遞給碳纖維,所以對(duì)CFRP復(fù)合材料的破壞首先要破壞碳纖維。
那么對(duì)碳纖維的破壞基本可分兩種,一種是平行于碳纖維方向的拉伸力,這個(gè)力會(huì)將碳纖維拉斷,所以要求碳纖維具備較高的拉伸強(qiáng)度;另一種是剪切力,這個(gè)力垂直于碳纖維方向,要求碳纖維具備較高的抗剪切強(qiáng)度??上г谒刑祭w維供應(yīng)商產(chǎn)品性能參數(shù)一欄里都沒有出現(xiàn)碳纖維剪切強(qiáng)度的表述。這是因?yàn)槭紫忍祭w維剪切強(qiáng)度很小,另一方面碳纖維本身屬于一維材料,在直徑尺度很小,對(duì)碳纖維制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纖維的拉伸力。
有了這個(gè)概念,那么進(jìn)行復(fù)合材料制品設(shè)計(jì)過程中,盡可能了解制品的受力情況,然后對(duì)制品的纖維排布方向進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化,盡可能的使作用于碳纖維復(fù)合材料外力分解成不同方向上碳纖維的拉伸力,因?yàn)槔鞆?qiáng)度高是碳纖維的優(yōu)勢(shì),以己之長(zhǎng)攻彼之短嘛。二維的編織布是制造碳纖維復(fù)合材料制品和預(yù)浸料的原料,也是進(jìn)行纖維排布方向優(yōu)化的基礎(chǔ)。那么對(duì)不同碳纖維布編制方向的了解將會(huì)有助于碳纖維復(fù)合材料制品的設(shè)計(jì)。
平紋編織的特點(diǎn)是經(jīng)紗和緯紗以一上一下的規(guī)律交織。也就是經(jīng)緯紗每隔一根紗就交錯(cuò)一次(如圖1、2),所以交織點(diǎn)多,使織物堅(jiān)牢、耐磨、硬挺、平整,但彈性較小,光澤一般,平紋織物密度不可能太高,較為輕薄,耐磨性較好,透氣性較好,布面均勻且正反面相同。這種碳纖維布的纖維束由于一直處于上下起伏的狀態(tài),纖維彎曲點(diǎn)比較多,在受拉伸過程中伸長(zhǎng)率較高。同時(shí)由于相鄰兩根經(jīng)紗和相鄰兩根緯紗交織點(diǎn)位置由于纖維束的滑動(dòng)出現(xiàn)眼孔。平紋編織的變種形式也很多,比如12K經(jīng)紗與1K緯紗混合編織。由于經(jīng)線和緯線方向上纖維束的反射光不同,因此平紋編織纖維布可觀察到格子狀的外觀,類似于國(guó)際象棋的棋盤。
斜紋編織纖維布具有與纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路(如圖3、4),這個(gè)紋路方向上并不存在纖維束,而是由于纖維束經(jīng)緯向編織過程,經(jīng)向或緯向纖維束跳過兩束緯向或經(jīng)向纖維進(jìn)行編織。也就是纖維束一上一下的編織頻率減小,纖維束浮長(zhǎng)增大,同時(shí)相鄰兩個(gè)纖維束錯(cuò)開一個(gè)編織位。這樣就造成了斜紋編織布的斜向紋路特點(diǎn)。這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感,用來做汽車改裝制品,比如面板、引擎蓋、排氣筒等。
緞紋編織具備單獨(dú)的、互不連續(xù)的經(jīng)交織點(diǎn)(或緯交織點(diǎn))在組織循環(huán)中有規(guī)律的均勻分布如圖(5、6),這樣的編織形式稱為緞紋。它的特點(diǎn)是經(jīng)線(或緯線)浮線較長(zhǎng),交織點(diǎn)較少,它們雖形成斜線,但不是連續(xù)的,相互間隔距離有規(guī)律而均勻,此纖維布結(jié)構(gòu)形式稱為緞紋組織。緞紋纖維布經(jīng)紗和緯紗至少隔三根才交織一次,因此這種編織結(jié)構(gòu)使織物密度更高,因而纖維布更加厚實(shí)。這種緞紋纖維布表面平滑勻整,質(zhì)地柔軟,富有光澤或稍呈紋路。這類纖維布強(qiáng)度低于平紋和斜紋。
這三種編織形態(tài)由于碳纖維束受到彎曲和其他纖維束的影響造成碳纖維布的強(qiáng)度有差異,而且表征碳纖維編織布強(qiáng)度會(huì)有拉伸力、撕扯力、頂破力、彎曲力等,這些也是隨著編織方式的不同各有差異??傮w來說在碳纖維束排布方向上的拉伸強(qiáng)度與纖維強(qiáng)度和纖維摩擦力相關(guān)。而與纖維束不同的方向上的拉伸力則與纖維的編織形態(tài)關(guān)系較大了,一方面這一拉伸力可分為纖維平行方向和垂直方向上的力,平行方向的力要求纖維強(qiáng)度高,垂直方向上的力則與編織形態(tài)對(duì)纖維束的阻力有關(guān)了。
東華大學(xué)紡織學(xué)院在研究編織結(jié)構(gòu)對(duì)織物強(qiáng)度的影響則有平紋>斜紋>緞紋。而在撕扯強(qiáng)度方面則有緞紋>斜紋>平紋。不過單獨(dú)研究編制結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的影響有一些片面,需要綜合基體材料及制品受力情況來考量。
本文說論述碳纖維布的概念屬于狹義范疇,碳纖維布有編織類的,就像我們今天將的平紋、斜紋、緞紋編織;類的,像薄氈和無(wú)紡布;還有一種無(wú)緯布,就是整個(gè)纖維布的纖維排布在一個(gè)方向上,這在預(yù)浸料中很常見,靠網(wǎng)胎和樹脂保持布狀形態(tài)。碳纖維布是我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)合材料的基礎(chǔ),根據(jù)受力情況優(yōu)化某一方向上纖維束的排布方向是關(guān)鍵,可設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料得以存在的優(yōu)勢(shì),國(guó)內(nèi)復(fù)合材料制品企業(yè)在這一方面的研究應(yīng)該更深。
碳纖維材料的加固優(yōu)勢(shì)介紹
現(xiàn)在很多加固工程在選擇施工材料時(shí)多會(huì)選擇碳纖維材料,碳纖維材料和其他多種加固材料有著明顯的不同,相比較而言,碳纖維材料更具有加固優(yōu)勢(shì),存在經(jīng)濟(jì)性高、適用面廣、操作步驟簡(jiǎn)單等多種優(yōu)勢(shì),基本各類加固工程的施工環(huán)節(jié)都會(huì)優(yōu)先選擇并使用該類加固材料,碳纖維加固材料具體有哪些加固優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)呢?接下來的時(shí)間,小編就站在專業(yè)的角度,來為大家詳細(xì)解答。
一、施工便利性強(qiáng),易于掌握施工要點(diǎn)
碳纖維材料主要有兩種,其一是碳纖維板,其二是碳纖維布,目前,在加固工程中,兩種類型的碳纖維材料都比較常用,在施工環(huán)節(jié),使用碳纖維材料易于掌握施工要點(diǎn),施工操作簡(jiǎn)單,施工的便利性強(qiáng),即使是毫無(wú)施工經(jīng)驗(yàn)的新手施工也能保證加固效果。
二、施工可行性高,不受到周邊環(huán)境的干擾
并不是所有的加固材料適用性均較強(qiáng)的,有些加固材料在某些特定的加固工程并不適用,一旦隨意使用,將會(huì)直接影響到加固質(zhì)量,也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。碳纖維材料卻不存在這些問題,和其他的加固材料相比,碳纖維材料的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)還是十分明顯的,施工可行性相對(duì)較高,施工結(jié)束后也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成干擾影響,是優(yōu)質(zhì)的,且客戶較為認(rèn)可并會(huì)時(shí)間選擇的加固材料。
三、市場(chǎng)價(jià)格較低,降低施工材料成本
和鋼板等加固材料相比,碳纖維材料的市場(chǎng)銷售價(jià)格相對(duì)較低,使用碳纖維材料加固建筑物,即使需要使用的總量較多,也能有效降低施工成本。
四、實(shí)用性較強(qiáng),加固壽命相對(duì)較長(zhǎng)
對(duì)于客戶來說,當(dāng)加固工作結(jié)束之后,他們不僅會(huì)關(guān)注加固質(zhì)量,也會(huì)重點(diǎn)關(guān)注加固壽命,使用鋼板以及混凝土等施工材料加固建筑物,加固壽命都是十分有限的,然而,碳纖維材料的使用壽命卻高達(dá)50年以上,這也是碳纖維材料和眾多加固材料相比較后,所存在的一大優(yōu)勢(shì),對(duì)于住宅類使用年限較長(zhǎng)的建筑物,在加固時(shí),如果施工現(xiàn)場(chǎng)允許,碳纖維材料可以作為的加固材料。
五、操作步驟簡(jiǎn)單,沒有施工難點(diǎn)
對(duì)于施工單位來說,雖然他們有著資深的施工經(jīng)驗(yàn),不過,不同類別的加固材料所存在的施工難點(diǎn)不同,故而,施工單位在加固施工時(shí)所需要掌握的施工要點(diǎn)以及需要注意的施工細(xì)則方面都是不同的,碳纖維材料施工時(shí)操作步驟簡(jiǎn)單,施工難度較低,易于掌握加固施工的整體步驟,有效保證加固質(zhì)量。
以上幾點(diǎn)就是小編為大家整理的關(guān)于碳纖維材料的加固優(yōu)勢(shì)所在,其實(shí),碳纖維材料近幾年的應(yīng)用頻率較高,對(duì)于客戶而言,碳纖維材料具有較多的選擇優(yōu)勢(shì),也是值得選購(gòu)的優(yōu)質(zhì)加固材料。
粘貼碳纖維布加固與粘鋼加固能否互換?主要是取決于
碳纖維粘貼加固法:碳纖維粘貼加固是指碳纖維材料通過膠粘劑(浸漬樹脂)充分浸潤(rùn)、固化,完全粘接固定在構(gòu)件表面,形成堅(jiān)韌的復(fù)合層,從而對(duì)被加固構(gòu)件起到補(bǔ)強(qiáng)作用。要求被加固構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15,且混凝土表面的正拉粘接強(qiáng)度不低于1.5MPa。
粘貼在混凝土構(gòu)件表面的碳纖維,不得直接暴露于陽(yáng)光或有害介質(zhì)中,其表面應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理。被加固的混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃,如果被加固結(jié)構(gòu)處于特殊環(huán)境(如高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等)中,除按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采取相應(yīng)防護(hù)措施外,還應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑,并按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。
粘鋼加固:亦稱粘貼鋼板加固,是將鋼板采用高性能的環(huán)氧類粘接劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面,使鋼板與混凝土形成統(tǒng)一的整體,利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機(jī)理比較類似,本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋,在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
如果碳纖維布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為2000MPa,鋼材(Q235)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為200MPa,可按照0.1mm厚碳纖維布相當(dāng)于1mm厚鋼板的原則代換。
但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,但碳纖維的抗拉強(qiáng)度是鋼材的10倍左右,所以要充分發(fā)揮加固材料的強(qiáng)度,粘貼碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。也就是說,在小變形情況下,粘貼碳纖維加固應(yīng)力滯后顯著,所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固;
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,達(dá)到同樣的力值,鋼材截面要大的多,所以粘鋼加固提高構(gòu)件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說,若補(bǔ)充同樣的抗彎能力,構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的;
鋼板上可以焊接錨筋,也可鉆孔設(shè)植筋錨固,所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活;
碳纖維輕、薄,不需要大型施工機(jī)械,運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工簡(jiǎn)便,同樣工程量,粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比,屬惰性材料,不銹蝕,也不易被有害介質(zhì)腐蝕,在惡劣環(huán)境下耐久性好。
碳纖維具有柔韌性,能夠包裹復(fù)雜外形的構(gòu)件,并非很光滑的結(jié)構(gòu)建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達(dá)到100%,粘貼鋼板是很難達(dá)到100%有效的粘貼面,相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅僅是達(dá)到70%。
針對(duì)傳統(tǒng)橋梁加固改造工程中所存在不足,諸如:因采用的加固材料(如鋼板/纖維布)溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,不能形成同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久性;采用鋼材加固增加防銹處理等后期維護(hù)投人;以及采取增大截面法,結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤” 影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)等問題,碳纖維筋橋梁加固是一項(xiàng)新的應(yīng)用外粘高性能碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)結(jié)構(gòu)技術(shù),主要形式包括“嵌人植筋加強(qiáng)法" 和“體外配筋擴(kuò)大截面增強(qiáng)法"。碳纖維筋與高強(qiáng)聚合物砂漿的聯(lián)合使用充分利用了纖維棒筋的抗拉伸強(qiáng)度、聚合物砂漿的快凝強(qiáng)度和砂漿與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的溫縮模量的近似特性,既可提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力,也可充分利用新材料環(huán)境特征,達(dá)到維修、加固、利用與修舊翻新的綜合作用。
2.碳纖維復(fù)合筋的性能
碳纖維復(fù)合筋為棒型材料,主要成分為由碳纖維,通過特殊技術(shù)處理與樹脂高溫固化而成。碳纖維分子結(jié)構(gòu)界于石墨和金剛石之間,含碳體積分?jǐn)?shù)在0.9以上。碳纖維根據(jù)原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3種,由原絲纖維加熱至高溫后除雜獲得。根據(jù)碳纖維原絲類型可分為聚丙烯腈(PAN)基、瀝青基和粘膠基3 種。目前,PAN碳纖維按力學(xué)性能又分為高模量超高模量、高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度4種;按用途可分為宇航級(jí)小絲束碳纖維和工業(yè)級(jí)大絲束碳纖維,其中小絲束以1K、3K、6K、12K和24K(1 K為1 000根長(zhǎng)絲單位重量),大絲束為48K以上。
2.1碳纖維的優(yōu)勢(shì)
碳纖維具有較強(qiáng)的防水和防滲漏的特點(diǎn),具有耐酸、耐堿的耐腐蝕性,阻燃性和良好的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性,因此也在建筑工程和其他領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。據(jù)投資顧問行業(yè)研究中心相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,目前,世界碳纖維的需求量將以每年約13%的速度增長(zhǎng)。由此可見,碳纖維的使用將越來越廣泛。
2.2碳纖維復(fù)合筋的特性
碳纖維復(fù)合筋的主要技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋對(duì)比如下表:
表1 碳纖維復(fù)合筋的技術(shù)指標(biāo)及其與鋼筋的對(duì)比表
名稱
碳纖維復(fù)合筋
鋼筋
密度(g/cm3)
1.5
7.9
抗拉強(qiáng)度(MPa)
≥1800
≥500
彈性模量(GPa)
≥140
≥200
線膨脹系數(shù)10-6/℃
0.6
12
從表格中可以看出,碳纖維復(fù)合筋的密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋,同樣體積的材料,重量上碳纖維復(fù)合筋的優(yōu)勢(shì)很大;碳纖維復(fù)合筋抗拉強(qiáng)度也大于鋼筋,其熱膨脹系數(shù)較低,就說明在相同的溫度下,膨脹的程度會(huì)低很多。
碳纖維復(fù)合筋的主要性能:(1)質(zhì)量輕(相當(dāng)于鋼密度的1/5);(2)強(qiáng)度高(抗拉強(qiáng)度是鋼筋的4到5倍);(3)密度?。?.5g/cm3);(4)彈性模量高(彈性回復(fù)100%);(5)熱膨脹系數(shù)小,耐高溫和低溫性好;(6)耐酸性好,對(duì)酸呈惰性,耐濃酸侵蝕;(7)與砂漿附著力強(qiáng)。
3. 聚合物砂漿特點(diǎn)
聚合物砂漿是由水泥、速凝添加劑、粉末狀聚合物、碎石與水等混合拌制而成,其粘結(jié)強(qiáng)度高,熱膨脹系數(shù)與混凝土類似。
聚合物砂漿的主要特點(diǎn):(1 )黏附性好,與原結(jié)構(gòu)舊混凝土表面黏附良好,使纖維筋與原結(jié)構(gòu)共同受力;(2)穩(wěn)定性好,能有效抑制有害物質(zhì)的滲透和擴(kuò)散;(3)和易性好,利用快捷、速凝的功能特點(diǎn),修繕結(jié)構(gòu)腐蝕表面,達(dá)到修舊如新。聚合物砂漿可以維修各種老化受損的混凝土表面。
4. 國(guó)內(nèi)橋梁加固現(xiàn)狀
橋梁作為公路交通的關(guān)鍵設(shè)施,具有跨越深谷、承受運(yùn)載、通航泄洪、保證安全、連接路網(wǎng)的重要功能。目前,我國(guó)各級(jí)公路上營(yíng)運(yùn)的橋梁總數(shù)達(dá) 60余萬(wàn)座。
按橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大中小類型的橋梁平均使用壽命測(cè)算,橋梁平均設(shè)計(jì)使用壽命在50年左右。全國(guó)年均需要改造翻新的橋梁約有10 000 余座,合計(jì)約60余萬(wàn)延米。以二級(jí)路為例,每年國(guó)家需要投人的橋梁改造費(fèi)用上百億幣,這是一筆巨大的投資。根據(jù)近10年危橋改造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,現(xiàn)有重交通組成作用下的橋梁使用壽命平均在33年之內(nèi),部分路段橋梁的使用壽命甚至更短。如何更有效的延長(zhǎng)橋梁的使用壽命、如何更有效的提高危險(xiǎn)橋梁的改造利用技術(shù)、如何將加固后的橋梁變得更持久,是當(dāng)前橋梁管理中面臨且急需解決的問題。
面對(duì)當(dāng)前大規(guī)模的橋梁改造任務(wù),各級(jí)橋梁管理部門都十分重視其處理效果,近年來積極研究和尋求有效的維修加固新技術(shù),但這并不是一件容易的事情,目前在橋梁加固改造中常采用的技術(shù)還是十幾年前的研究成果,主要方法如:“鋼板加固法”、“擴(kuò)大截面加固法”、“體外(內(nèi))預(yù)應(yīng)力加固法”、“碳纖維布加固法”等,這些材料技術(shù)為輕交通狀態(tài)下的橋梁加固做出過貢獻(xiàn)。隨著近幾年重交通的發(fā)展和擴(kuò)散,現(xiàn)有橋梁的加固材料和工藝技術(shù)在適應(yīng)性方面面臨巨大挑戰(zhàn)。一方面是目前所使用的加固材料(如鋼板/纖維布)其溫縮模量與混凝土鋼筋混凝土材料的溫縮模量差異較大,造成加固后的補(bǔ)強(qiáng)材料與原結(jié)構(gòu)的溫縮變形差異化,形成不同步的溫縮變形狀態(tài),影響加固耐久;另一方面當(dāng)前加固中為提高結(jié)構(gòu)受力的高強(qiáng)材料仍然采用鋼材,因鋼材有防銹處理的要求,這樣就增大了后期的維護(hù)投人,在結(jié)構(gòu)層面上需要增設(shè)3 cm以上厚度的防銹保護(hù),造成自重增加,影響使用效果;此外,在增大截面法中,因材料強(qiáng)度因素,需要增厚自重增加,影響結(jié)構(gòu)受力和加固效果?,F(xiàn)有加固材料和工藝中即便是解決了受力要求,但施工后的結(jié)構(gòu)面會(huì)留下不和諧修補(bǔ)“傷疤”,影響結(jié)構(gòu)外觀和技術(shù)狀況評(píng)價(jià)。
由此可見,研究和選擇一種高強(qiáng)、防腐蝕、經(jīng)濟(jì)、施工方便,且與鋼筋混凝土材料溫縮模量相一致的維修加固材料,達(dá)到理想的加固改造,且能提高橋梁的承載能力是十分迫切和必要的工作。
首先原構(gòu)件混凝土表面去除表面浮漿、油污等雜質(zhì),并對(duì)混凝土構(gòu)件加固部位進(jìn)行鑿毛處理。對(duì)加固表面缺損的坑洼部位采用高強(qiáng)聚合物砂漿預(yù)先修補(bǔ),待混凝土表面干燥后涂抹界面劑。隨后安裝錨具及碳纖維復(fù)合筋,利用錨具固定碳纖維復(fù)合筋,碳纖維復(fù)合筋應(yīng)緊貼加固面,壓條及螺栓均應(yīng)采用不銹材料;安裝完后,噴涂高強(qiáng)聚合物砂漿,砂漿厚度不小于20MM,施工溫度應(yīng)在10℃-35℃,后對(duì)表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù).
在認(rèn)識(shí)碳纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料制品時(shí),很多人看到具有碳纖維紋路的制品感覺就是酷,具有時(shí)尚科技感。今天我們就來探討不同碳纖維紋路來做碳纖維復(fù)合材料制品有什么不一樣。
碳纖維在復(fù)合材料中起到承載載荷的作用,外界作用于CFRP復(fù)合材料上的力都會(huì)經(jīng)塑料傳遞給碳纖維,所以對(duì)CFRP復(fù)合材料的破壞首先要破壞碳纖維。
那么對(duì)碳纖維的破壞基本可分兩種,一種是平行于碳纖維方向的拉伸力,這個(gè)力會(huì)將碳纖維拉斷,所以要求碳纖維具備較高的拉伸強(qiáng)度;另一種是剪切力,這個(gè)力垂直于碳纖維方向,要求碳纖維具備較高的抗剪切強(qiáng)度??上г谒刑祭w維供應(yīng)商產(chǎn)品性能參數(shù)一欄里都沒有出現(xiàn)碳纖維剪切強(qiáng)度的表述。這是因?yàn)槭紫忍祭w維剪切強(qiáng)度很小,另一方面碳纖維本身屬于一維材料,在直徑尺度很小,對(duì)碳纖維制品的任何剪切力都可以分解成不同方向碳纖維的拉伸力。
有了這個(gè)概念,那么進(jìn)行復(fù)合材料制品設(shè)計(jì)過程中,盡可能了解制品的受力情況,然后對(duì)制品的纖維排布方向進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化,盡可能的使作用于碳纖維復(fù)合材料外力分解成不同方向上碳纖維的拉伸力,因?yàn)槔鞆?qiáng)度高是碳纖維的優(yōu)勢(shì),以己之長(zhǎng)攻彼之短嘛。二維的編織布是制造碳纖維復(fù)合材料制品和預(yù)浸料的原料,也是進(jìn)行纖維排布方向優(yōu)化的基礎(chǔ)。那么對(duì)不同碳纖維布編制方向的了解將會(huì)有助于碳纖維復(fù)合材料制品的設(shè)計(jì)。
平紋編織的特點(diǎn)是經(jīng)紗和緯紗以一上一下的規(guī)律交織。也就是經(jīng)緯紗每隔一根紗就交錯(cuò)一次(如圖1、2),所以交織點(diǎn)多,使織物堅(jiān)牢、耐磨、硬挺、平整,但彈性較小,光澤一般,平紋織物密度不可能太高,較為輕薄,耐磨性較好,透氣性較好,布面均勻且正反面相同。這種碳纖維布的纖維束由于一直處于上下起伏的狀態(tài),纖維彎曲點(diǎn)比較多,在受拉伸過程中伸長(zhǎng)率較高。同時(shí)由于相鄰兩根經(jīng)紗和相鄰兩根緯紗交織點(diǎn)位置由于纖維束的滑動(dòng)出現(xiàn)眼孔。平紋編織的變種形式也很多,比如12K經(jīng)紗與1K緯紗混合編織。由于經(jīng)線和緯線方向上纖維束的反射光不同,因此平紋編織纖維布可觀察到格子狀的外觀,類似于國(guó)際象棋的棋盤。
斜紋編織纖維布具有與纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路(如圖3、4),這個(gè)紋路方向上并不存在纖維束,而是由于纖維束經(jīng)緯向編織過程,經(jīng)向或緯向纖維束跳過兩束緯向或經(jīng)向纖維進(jìn)行編織。也就是纖維束一上一下的編織頻率減小,纖維束浮長(zhǎng)增大,同時(shí)相鄰兩個(gè)纖維束錯(cuò)開一個(gè)編織位。這樣就造成了斜紋編織布的斜向紋路特點(diǎn)。這種斜紋外觀具有很強(qiáng)的立體感,用來做汽車改裝制品,比如面板、引擎蓋、排氣筒等。
緞紋編織具備單獨(dú)的、互不連續(xù)的經(jīng)交織點(diǎn)(或緯交織點(diǎn))在組織循環(huán)中有規(guī)律的均勻分布如圖(5、6),這樣的編織形式稱為緞紋。它的特點(diǎn)是經(jīng)線(或緯線)浮線較長(zhǎng),交織點(diǎn)較少,它們雖形成斜線,但不是連續(xù)的,相互間隔距離有規(guī)律而均勻,此纖維布結(jié)構(gòu)形式稱為緞紋組織。緞紋纖維布經(jīng)紗和緯紗至少隔三根才交織一次,因此這種編織結(jié)構(gòu)使織物密度更高,因而纖維布更加厚實(shí)。這種緞紋纖維布表面平滑勻整,質(zhì)地柔軟,富有光澤或稍呈紋路。這類纖維布強(qiáng)度低于平紋和斜紋。
這三種編織形態(tài)由于碳纖維束受到彎曲和其他纖維束的影響造成碳纖維布的強(qiáng)度有差異,而且表征碳纖維編織布強(qiáng)度會(huì)有拉伸力、撕扯力、頂破力、彎曲力等,這些也是隨著編織方式的不同各有差異??傮w來說在碳纖維束排布方向上的拉伸強(qiáng)度與纖維強(qiáng)度和纖維摩擦力相關(guān)。而與纖維束不同的方向上的拉伸力則與纖維的編織形態(tài)關(guān)系較大了,一方面這一拉伸力可分為纖維平行方向和垂直方向上的力,平行方向的力要求纖維強(qiáng)度高,垂直方向上的力則與編織形態(tài)對(duì)纖維束的阻力有關(guān)了。
東華大學(xué)紡織學(xué)院在研究編織結(jié)構(gòu)對(duì)織物強(qiáng)度的影響則有平紋>斜紋>緞紋。而在撕扯強(qiáng)度方面則有緞紋>斜紋>平紋。不過單獨(dú)研究編制結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的影響有一些片面,需要綜合基體材料及制品受力情況來考量。
本文說論述碳纖維布的概念屬于狹義范疇,碳纖維布有編織類的,就像我們今天將的平紋、斜紋、緞紋編織;類的,像薄氈和無(wú)紡布;還有一種無(wú)緯布,就是整個(gè)纖維布的纖維排布在一個(gè)方向上,這在預(yù)浸料中很常見,靠網(wǎng)胎和樹脂保持布狀形態(tài)。碳纖維布是我們?cè)O(shè)計(jì)復(fù)合材料的基礎(chǔ),根據(jù)受力情況優(yōu)化某一方向上纖維束的排布方向是關(guān)鍵,可設(shè)計(jì)性是復(fù)合材料得以存在的優(yōu)勢(shì),國(guó)內(nèi)復(fù)合材料制品企業(yè)在這一方面的研究應(yīng)該更深。
碳纖維材料的加固優(yōu)勢(shì)介紹
現(xiàn)在很多加固工程在選擇施工材料時(shí)多會(huì)選擇碳纖維材料,碳纖維材料和其他多種加固材料有著明顯的不同,相比較而言,碳纖維材料更具有加固優(yōu)勢(shì),存在經(jīng)濟(jì)性高、適用面廣、操作步驟簡(jiǎn)單等多種優(yōu)勢(shì),基本各類加固工程的施工環(huán)節(jié)都會(huì)優(yōu)先選擇并使用該類加固材料,碳纖維加固材料具體有哪些加固優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)呢?接下來的時(shí)間,小編就站在專業(yè)的角度,來為大家詳細(xì)解答。
一、施工便利性強(qiáng),易于掌握施工要點(diǎn)
碳纖維材料主要有兩種,其一是碳纖維板,其二是碳纖維布,目前,在加固工程中,兩種類型的碳纖維材料都比較常用,在施工環(huán)節(jié),使用碳纖維材料易于掌握施工要點(diǎn),施工操作簡(jiǎn)單,施工的便利性強(qiáng),即使是毫無(wú)施工經(jīng)驗(yàn)的新手施工也能保證加固效果。
二、施工可行性高,不受到周邊環(huán)境的干擾
并不是所有的加固材料適用性均較強(qiáng)的,有些加固材料在某些特定的加固工程并不適用,一旦隨意使用,將會(huì)直接影響到加固質(zhì)量,也會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。碳纖維材料卻不存在這些問題,和其他的加固材料相比,碳纖維材料的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)還是十分明顯的,施工可行性相對(duì)較高,施工結(jié)束后也不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成干擾影響,是優(yōu)質(zhì)的,且客戶較為認(rèn)可并會(huì)時(shí)間選擇的加固材料。
三、市場(chǎng)價(jià)格較低,降低施工材料成本
和鋼板等加固材料相比,碳纖維材料的市場(chǎng)銷售價(jià)格相對(duì)較低,使用碳纖維材料加固建筑物,即使需要使用的總量較多,也能有效降低施工成本。
四、實(shí)用性較強(qiáng),加固壽命相對(duì)較長(zhǎng)
對(duì)于客戶來說,當(dāng)加固工作結(jié)束之后,他們不僅會(huì)關(guān)注加固質(zhì)量,也會(huì)重點(diǎn)關(guān)注加固壽命,使用鋼板以及混凝土等施工材料加固建筑物,加固壽命都是十分有限的,然而,碳纖維材料的使用壽命卻高達(dá)50年以上,這也是碳纖維材料和眾多加固材料相比較后,所存在的一大優(yōu)勢(shì),對(duì)于住宅類使用年限較長(zhǎng)的建筑物,在加固時(shí),如果施工現(xiàn)場(chǎng)允許,碳纖維材料可以作為的加固材料。
五、操作步驟簡(jiǎn)單,沒有施工難點(diǎn)
對(duì)于施工單位來說,雖然他們有著資深的施工經(jīng)驗(yàn),不過,不同類別的加固材料所存在的施工難點(diǎn)不同,故而,施工單位在加固施工時(shí)所需要掌握的施工要點(diǎn)以及需要注意的施工細(xì)則方面都是不同的,碳纖維材料施工時(shí)操作步驟簡(jiǎn)單,施工難度較低,易于掌握加固施工的整體步驟,有效保證加固質(zhì)量。
以上幾點(diǎn)就是小編為大家整理的關(guān)于碳纖維材料的加固優(yōu)勢(shì)所在,其實(shí),碳纖維材料近幾年的應(yīng)用頻率較高,對(duì)于客戶而言,碳纖維材料具有較多的選擇優(yōu)勢(shì),也是值得選購(gòu)的優(yōu)質(zhì)加固材料。
粘貼碳纖維布加固與粘鋼加固能否互換?主要是取決于
碳纖維粘貼加固法:碳纖維粘貼加固是指碳纖維材料通過膠粘劑(浸漬樹脂)充分浸潤(rùn)、固化,完全粘接固定在構(gòu)件表面,形成堅(jiān)韌的復(fù)合層,從而對(duì)被加固構(gòu)件起到補(bǔ)強(qiáng)作用。要求被加固構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C15,且混凝土表面的正拉粘接強(qiáng)度不低于1.5MPa。
粘貼在混凝土構(gòu)件表面的碳纖維,不得直接暴露于陽(yáng)光或有害介質(zhì)中,其表面應(yīng)進(jìn)行防護(hù)處理。被加固的混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期使用的環(huán)境溫度不應(yīng)高于60℃,如果被加固結(jié)構(gòu)處于特殊環(huán)境(如高溫、高濕、介質(zhì)侵蝕、放射等)中,除按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采取相應(yīng)防護(hù)措施外,還應(yīng)采用耐環(huán)境因素作用的膠粘劑,并按專門的工藝要求進(jìn)行粘貼。
粘鋼加固:亦稱粘貼鋼板加固,是將鋼板采用高性能的環(huán)氧類粘接劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面,使鋼板與混凝土形成統(tǒng)一的整體,利用鋼板良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
粘貼碳纖維布加固和粘鋼加固的形式和加固機(jī)理比較類似,本質(zhì)上相當(dāng)于增加構(gòu)件配筋,在抗剪、抗彎加固中一般可以互相替換。
如果碳纖維布抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為2000MPa,鋼材(Q235)抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取為200MPa,可按照0.1mm厚碳纖維布相當(dāng)于1mm厚鋼板的原則代換。
但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,但碳纖維的抗拉強(qiáng)度是鋼材的10倍左右,所以要充分發(fā)揮加固材料的強(qiáng)度,粘貼碳纖維需要加固構(gòu)件產(chǎn)生更大的形變。也就是說,在小變形情況下,粘貼碳纖維加固應(yīng)力滯后顯著,所以當(dāng)構(gòu)件承載力相差較多時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用粘鋼加固;
碳纖維和鋼材彈性模量基本一致,達(dá)到同樣的力值,鋼材截面要大的多,所以粘鋼加固提高構(gòu)件鋼度的幅度要超過碳纖維加固。也就是說,若補(bǔ)充同樣的抗彎能力,構(gòu)件粘鋼加固的撓度、裂縫寬度小于粘碳纖維加固的;
鋼板上可以焊接錨筋,也可鉆孔設(shè)植筋錨固,所以粘鋼加固的錨固方式較粘碳纖維靈活;
碳纖維輕、薄,不需要大型施工機(jī)械,運(yùn)輸儲(chǔ)存、施工簡(jiǎn)便,同樣工程量,粘貼碳纖維施工工期約是粘鋼的40%。碳纖維和鋼材相比,屬惰性材料,不銹蝕,也不易被有害介質(zhì)腐蝕,在惡劣環(huán)境下耐久性好。
碳纖維具有柔韌性,能夠包裹復(fù)雜外形的構(gòu)件,并非很光滑的結(jié)構(gòu)建筑的鋼筋表面基本有效粘貼率也可以達(dá)到100%,粘貼鋼板是很難達(dá)到100%有效的粘貼面,相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅僅是達(dá)到70%。
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