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宜興市恒固碳纖維制品有限公司
主營產(chǎn)品: 特種建材
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大同混凝土裂縫加固
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產(chǎn)地 江蘇
材質(zhì) 碳纖維
品牌 恒固
規(guī)格 一級200g300克
功能 加固
商品介紹
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、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)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級不低于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%。
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的粘貼碳纖維板技術(shù)在加固中具有不中斷交通,且工期短,人工少的優(yōu)點(diǎn)。所以擴(kuò)展該項(xiàng)技術(shù)開展了配有大偏心CFRP體外束預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋體系應(yīng)用研究,是本世紀(jì)新型橋梁建設(shè)方向之一。
1,碳纖維材料的基本特性
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維,單向排列成束,用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布,統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面,樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體,共同工作。
1.1 碳纖維片材
片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在(2400~3400)MPa之間,與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比,片材的拉伸強(qiáng)度很高。 片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同,碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高,但其伸長率較低。相比之下,碳纖維片材的單位重比鋼材低許多,說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,本身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕,有良好的耐寒和耐熱性。
1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料
混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料,用于滲透過混凝土表面,促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ);油灰,用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材;浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂,前者用于碳纖維布粘貼,后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵,因此,樹脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言,環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義,因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時(shí)間緊密相關(guān)。采用專配的環(huán)氧樹脂材料,在混凝土施工表面溫度(10~40)攝氏度時(shí),粘貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)間約15小時(shí)以上,但粘貼后就可以使用的時(shí)間為45分鐘以上,專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
2,碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝
2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)確定粘貼碳纖維的范圍進(jìn)行基底處理;
2.1.1 將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈,達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕,并進(jìn)行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原。
2.1.2 裂縫修補(bǔ)??p寬小于0.2mm的裂縫,用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
2.1.3 將構(gòu)件表面凸出部分(模板的段差等)打磨平整,修復(fù)后的段差盡量平順。用磨光機(jī)把棱角磨成半徑大于30mm的圓角。
2.1.4 清洗打磨過的構(gòu)件表面,并使其充分干燥。
2.2 底層涂刷(底層涂料具有較強(qiáng)的滲透性,可滲入砼表面內(nèi))
2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi),用攪拌器拌均勻,一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。
2.2.2 用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料。
2.2.3 底層涂料固化后,表面有凸起部分時(shí)要用砂紙磨光。
2.2.4 注意在氣溫小于5C,相對濕度大于85,砼表面含水率在8以上,有結(jié)露可能而無可靠保證措施時(shí),均不得施工。
2.3 環(huán)氧膩?zhàn)訉?gòu)件表面殘缺的修補(bǔ)
2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?,修?fù)至表面平整。
2.3.2 內(nèi)角(段差、起拱等)要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)使之平順。
2.4 貼碳纖維片。
2.4.1 為了防止碳纖維受損,在碳纖維片運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過程中,嚴(yán)禁受彎折。貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片,每段長度一般不超過6rn。
2.4.2 碳纖維接頭必須搭接10cm以上,橫向不需搭接。
2.4.3 按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑,用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂,稱為下涂。
2.4.4 貼片時(shí),在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣,可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓,使樹脂滲入碳纖維中。
2.5 養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維片后,需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化,并保證固化期間不受干擾。
2.6 涂裝
根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件表面,涂刷耐火涂層和色彩。
3,碳纖維(片材)加固處理要點(diǎn)
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理前,先對梁板采取有效地卸載和支頂措施,然后按以下施工工序進(jìn)行加固施工。
3.1 破損面混凝土表面處理: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。3.2 按設(shè)計(jì)要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行灌縫或封閉處理,并保證鋼筋保護(hù)層厚度不小于15mm,利用打磨機(jī)將其表面打磨平整,并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈,使構(gòu)件加固表面平整、干燥無粉塵。另外,如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí),轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。
3.3 涂刷底層樹脂:用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面,待樹脂表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一道工序施工。
3.4 找平處理:表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整,且不應(yīng)有菱角。
3.5 粘貼碳纖維片材:將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位,并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布,滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復(fù)上述步驟,待纖維表面接觸干燥時(shí)即可進(jìn)行下一層的粘貼。如超過60min,則應(yīng)等12h后,再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。
3.6 在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
4,對碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的展望
碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)雖然時(shí)間不長,但發(fā)展很快,其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點(diǎn):
4.1 施工簡便迅速,無需模板、夾具、支撐等。
4.2 不增加結(jié)構(gòu)重量,碳纖維片重量200g/m~300g/m,設(shè)計(jì)厚度0.111mm~0.167mm,加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕,對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì)。
4.3 能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)。
4.4 可以多層粘貼??筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求,在一個(gè)部位重疊粘貼。
隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展,高速公路橋梁通車?yán)锍桃苍诓粩嘣鲩L,橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強(qiáng)度降低或需要提高抗震能力和修補(bǔ)橋梁裂縫,都可以應(yīng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。
碳纖維布(CFRP)加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,以達(dá)到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
加固機(jī)理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面,膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介,形成新的復(fù)合體,使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同作用,增大了結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪能力,可有效提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹脂。
1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度應(yīng)按纖維的凈截面面積計(jì)算,凈截面面積取碳纖維布的計(jì)算厚度乘以寬度。碳纖維布的計(jì)算厚度取碳纖維布的單位面積質(zhì)量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/㎡,且不宜高于450g/㎡。在施工質(zhì)量有可靠保證時(shí),單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量可提高到600g/㎡。
2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能,工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號(hào),應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的溫度、濕度進(jìn)行選擇。應(yīng)正確掌握主劑和固化劑的配比,使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對混凝土結(jié)構(gòu)加固時(shí),應(yīng)采用與碳纖維片材配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。
3、在受彎加固和受剪加固時(shí),被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其現(xiàn)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí),混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C10。
4、主要機(jī)具:角向磨光機(jī)、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺(tái)秤、卷尺、水平儀、鉛錘、滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩等。
1、應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖。在進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前,應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求,制定相應(yīng)施工方案和施工計(jì)劃。
3、應(yīng)對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的物質(zhì)準(zhǔn)備工作。
4、進(jìn)場后的碳纖維布、配套樹脂應(yīng)抽樣送檢,合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進(jìn)行,并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí),應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采取升溫措施。
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。
施工過程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。
怎樣進(jìn)行多層碳纖維布加固?
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時(shí)質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會(huì)出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時(shí)就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時(shí),應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時(shí)間超過1小時(shí),則應(yīng)等待12小時(shí)后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時(shí)在粘貼前需要注意將灰塵等對粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴(yán)格的要求,在構(gòu)造措施中同樣也要格外的注意。首先,碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用,混凝土梁受彎產(chǎn)生變形,梁和纖維布要求變形協(xié)調(diào),因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,容易發(fā)生端部的剝離破壞,尤其是對于多層碳布來說。而端部采用U型箍,會(huì)對碳布起到約束作用,減少了剝離的可能性。
另外,為了保證雙層碳布端部的錨固能力,對碳纖維布進(jìn)行分層截?cái)嗍歉雍侠淼募庸谭椒?。在雙層碳布的加固中,有兩種分層截?cái)嗟拇胧┛蛇x,分別是外短內(nèi)長與內(nèi)短外長,二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷:
傳力路徑
外短內(nèi)長型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)中,傳力路徑較長,整體性稍差。
可靠程度
外短內(nèi)長的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼,錨固失效概率比較高,錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨(dú)的對于b端錨固效果來說,內(nèi)短外長的構(gòu)造形式將b端頭包裹在其中,對b端頭起到了約束的作用,也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見,兩種構(gòu)造中內(nèi)短外長加U型箍的錨固、加固效果要明顯優(yōu)異于外短內(nèi)長型。因此,在規(guī)范GB 50367-2013中,也明確的推薦內(nèi)短外長型的構(gòu)造措施。
還有一點(diǎn),在雙層碳纖維布中也起到了至關(guān)重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間,都是靠膠體進(jìn)行粘接傳力,相對于單層碳纖維布,雙層碳纖維布由于承受更高的拉應(yīng)力,因此需要更高性能的膠體,來保證整體共同受力??ū窘n膠,通過安全性鑒定,無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。
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、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)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級不低于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%。
混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的粘貼碳纖維板技術(shù)在加固中具有不中斷交通,且工期短,人工少的優(yōu)點(diǎn)。所以擴(kuò)展該項(xiàng)技術(shù)開展了配有大偏心CFRP體外束預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋體系應(yīng)用研究,是本世紀(jì)新型橋梁建設(shè)方向之一。
1,碳纖維材料的基本特性
碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)加固所采用的基本材料是高強(qiáng)度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維,單向排列成束,用環(huán)氧樹脂浸漬固化的碳纖維板或未經(jīng)樹脂浸漬固化的碳纖維布,統(tǒng)稱碳纖維片材。將片材用專門配制的粘貼樹脂或浸漬樹脂粘貼在橋梁混凝土構(gòu)件需補(bǔ)強(qiáng)加固部位表面,樹脂固化后與原構(gòu)件形成新的受力復(fù)合體,共同工作。
1.1 碳纖維片材
片材碳纖維材料的拉伸強(qiáng)度在(2400~3400)MPa之間,與普通碳素鋼板拉伸強(qiáng)度為240MPa相比,片材的拉伸強(qiáng)度很高。 片材碳纖維材料的彈性模量依片材力學(xué)性能不同,碳纖維片材依力學(xué)性能分成高模量、高強(qiáng)度和中等模量三類。高模量碳纖維片材的彈性模量較高,但其伸長率較低。相比之下,碳纖維片材的單位重比鋼材低許多,說明碳纖維片材較輕。碳纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,本身不會(huì)受酸堿鹽及各類化學(xué)介質(zhì)的腐蝕,有良好的耐寒和耐熱性。
1.2 配套樹脂類粘結(jié)材料
混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)配套樹脂系統(tǒng)包括底層涂料,用于滲透過混凝土表面,促進(jìn)粘結(jié)并形成長期持久界面的基礎(chǔ);油灰,用于填充整個(gè)表面空隙并形成平整表面以便使用碳纖維片材;浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂,前者用于碳纖維布粘貼,后者用于碳纖維板粘貼。浸漬樹脂或粘貼樹脂是將碳纖維片粘附于混凝土構(gòu)件表面并與之緊密地結(jié)合在一起形成整體共同工作的關(guān)鍵,因此,樹脂同混凝土的粘貼強(qiáng)度大于混凝土的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。
就公路混凝土橋梁用碳纖維片材加固技術(shù)而言,環(huán)氧樹脂在不同施工環(huán)境溫度下固化性能有十分重要的意義,因?yàn)檫@涉及到粘貼工作質(zhì)量與如何盡量減少橋上正常交通中斷時(shí)間緊密相關(guān)。采用專配的環(huán)氧樹脂材料,在混凝土施工表面溫度(10~40)攝氏度時(shí),粘貼環(huán)氧樹脂固化時(shí)間約15小時(shí)以上,但粘貼后就可以使用的時(shí)間為45分鐘以上,專配的環(huán)氧樹脂材料的這一性能是完全適合混凝土橋梁的加固工作。
2,碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的施工工藝
2.1 根據(jù)設(shè)計(jì)確定粘貼碳纖維的范圍進(jìn)行基底處理;
2.1.1 將砼構(gòu)件表面的殘缺、破損及碳化層部分清除干凈,達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。檢查外露鋼筋是否有銹蝕,并進(jìn)行必要的處理。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分進(jìn)行修補(bǔ)復(fù)原。
2.1.2 裂縫修補(bǔ)??p寬小于0.2mm的裂縫,用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
2.1.3 將構(gòu)件表面凸出部分(模板的段差等)打磨平整,修復(fù)后的段差盡量平順。用磨光機(jī)把棱角磨成半徑大于30mm的圓角。
2.1.4 清洗打磨過的構(gòu)件表面,并使其充分干燥。
2.2 底層涂刷(底層涂料具有較強(qiáng)的滲透性,可滲入砼表面內(nèi))
2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi),用攪拌器拌均勻,一次調(diào)和量應(yīng)在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。
2.2.2 用滾筒刷均勻的涂刷底層涂料。
2.2.3 底層涂料固化后,表面有凸起部分時(shí)要用砂紙磨光。
2.2.4 注意在氣溫小于5C,相對濕度大于85,砼表面含水率在8以上,有結(jié)露可能而無可靠保證措施時(shí),均不得施工。
2.3 環(huán)氧膩?zhàn)訉?gòu)件表面殘缺的修補(bǔ)
2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?,修?fù)至表面平整。
2.3.2 內(nèi)角(段差、起拱等)要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)使之平順。
2.4 貼碳纖維片。
2.4.1 為了防止碳纖維受損,在碳纖維片運(yùn)輸、儲(chǔ)存、裁切和粘貼過程中,嚴(yán)禁受彎折。貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸切斷纖維片,每段長度一般不超過6rn。
2.4.2 碳纖維接頭必須搭接10cm以上,橫向不需搭接。
2.4.3 按規(guī)定比例摻配樹脂主劑和固化劑,用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂,稱為下涂。
2.4.4 貼片時(shí),在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣,可用羅拉沿著纖維方向在碳纖維片上對此滾壓,使樹脂滲入碳纖維中。
2.5 養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維片后,需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化,并保證固化期間不受干擾。
2.6 涂裝
根據(jù)需要可在樹脂固化后加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件表面,涂刷耐火涂層和色彩。
3,碳纖維(片材)加固處理要點(diǎn)
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固處理前,先對梁板采取有效地卸載和支頂措施,然后按以下施工工序進(jìn)行加固施工。
3.1 破損面混凝土表面處理: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。3.2 按設(shè)計(jì)要求對破損面鋼筋處理后用M45的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行灌縫或封閉處理,并保證鋼筋保護(hù)層厚度不小于15mm,利用打磨機(jī)將其表面打磨平整,并用鋼刷將其表面的粉塵、油污等不潔物清除干凈,使構(gòu)件加固表面平整、干燥無粉塵。另外,如碳纖維需沿基纖維方向繞構(gòu)件轉(zhuǎn)角處粘貼時(shí),轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應(yīng)小于20mm。
3.3 涂刷底層樹脂:用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面,待樹脂表面指觸干燥時(shí)即進(jìn)行下一道工序施工。
3.4 找平處理:表面凹陷部位用找平材料填補(bǔ)平整,且不應(yīng)有菱角。
3.5 粘貼碳纖維片材:將配制好的浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位,并用橡膠滾筒沿纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布,滾壓時(shí)不得損傷碳纖維布。多層粘貼重復(fù)上述步驟,待纖維表面接觸干燥時(shí)即可進(jìn)行下一層的粘貼。如超過60min,則應(yīng)等12h后,再行涂刷粘結(jié)劑粘貼下一層。
3.6 在后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
4,對碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的展望
碳纖維用于砼結(jié)構(gòu)的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)雖然時(shí)間不長,但發(fā)展很快,其主要原因在于碳纖維片加固存在較多優(yōu)點(diǎn):
4.1 施工簡便迅速,無需模板、夾具、支撐等。
4.2 不增加結(jié)構(gòu)重量,碳纖維片重量200g/m~300g/m,設(shè)計(jì)厚度0.111mm~0.167mm,加上環(huán)氧樹脂的重量也很輕,對結(jié)構(gòu)自重影響可忽略不計(jì)。
4.3 能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)外形的補(bǔ)強(qiáng)。
4.4 可以多層粘貼??筛鶕?jù)設(shè)計(jì)要求,在一個(gè)部位重疊粘貼。
隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展,高速公路橋梁通車?yán)锍桃苍诓粩嘣鲩L,橋梁由于各種原因造成承載力降低、混凝土強(qiáng)度降低或需要提高抗震能力和修補(bǔ)橋梁裂縫,都可以應(yīng)用碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。
碳纖維布(CFRP)加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,以達(dá)到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。
加固機(jī)理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面,膠結(jié)材料作為它們之間的剪力連接媒介,形成新的復(fù)合體,使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同作用,增大了結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪能力,可有效提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強(qiáng)度達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件承載能力及剛度的目的。
CFRP加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹脂。
1、碳纖維布的抗拉強(qiáng)度應(yīng)按纖維的凈截面面積計(jì)算,凈截面面積取碳纖維布的計(jì)算厚度乘以寬度。碳纖維布的計(jì)算厚度取碳纖維布的單位面積質(zhì)量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量不宜低于150g/㎡,且不宜高于450g/㎡。在施工質(zhì)量有可靠保證時(shí),單層碳纖維布的單位面積碳纖維質(zhì)量可提高到600g/㎡。
2、粘結(jié)劑要有足夠的粘結(jié)性能,工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的種類、型號(hào),應(yīng)根據(jù)施工時(shí)的溫度、濕度進(jìn)行選擇。應(yīng)正確掌握主劑和固化劑的配比,使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對混凝土結(jié)構(gòu)加固時(shí),應(yīng)采用與碳纖維片材配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂或粘結(jié)樹脂。
3、在受彎加固和受剪加固時(shí),被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其現(xiàn)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時(shí),混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C10。
4、主要機(jī)具:角向磨光機(jī)、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺(tái)秤、卷尺、水平儀、鉛錘、滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩等。
1、應(yīng)認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)施工圖。在進(jìn)行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前,應(yīng)按加固設(shè)計(jì)部位放線定位。
2、應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況和加固構(gòu)件混凝土的補(bǔ)強(qiáng)荷載要求,制定相應(yīng)施工方案和施工計(jì)劃。
3、應(yīng)對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機(jī)具等做好施工前的物質(zhì)準(zhǔn)備工作。
4、進(jìn)場后的碳纖維布、配套樹脂應(yīng)抽樣送檢,合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進(jìn)行,并應(yīng)符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí),應(yīng)采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采取升溫措施。
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)由專業(yè)施工隊(duì)伍進(jìn)行施工。
施工過程中應(yīng)避免碳纖維片材彎折。
怎樣進(jìn)行多層碳纖維布加固?
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時(shí)質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會(huì)出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時(shí)就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時(shí),應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時(shí)間超過1小時(shí),則應(yīng)等待12小時(shí)后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時(shí)在粘貼前需要注意將灰塵等對粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
雙層碳纖維布不僅在施工上有嚴(yán)格的要求,在構(gòu)造措施中同樣也要格外的注意。首先,碳布端部的U型箍在雙層碳纖維布中有很重要的作用,混凝土梁受彎產(chǎn)生變形,梁和纖維布要求變形協(xié)調(diào),因而在混凝土梁底與膠、膠與碳纖維布間會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,容易發(fā)生端部的剝離破壞,尤其是對于多層碳布來說。而端部采用U型箍,會(huì)對碳布起到約束作用,減少了剝離的可能性。
另外,為了保證雙層碳布端部的錨固能力,對碳纖維布進(jìn)行分層截?cái)嗍歉雍侠淼募庸谭椒?。在雙層碳布的加固中,有兩種分層截?cái)嗟拇胧┛蛇x,分別是外短內(nèi)長與內(nèi)短外長,二者之間的效果好壞可從以下幾方面判斷:
傳力路徑
外短內(nèi)長型中b端碳纖維受力需要通過第二層膠、層布以及層膠才能傳遞到混凝土結(jié)構(gòu)中,傳力路徑較長,整體性稍差。
可靠程度
外短內(nèi)長的形式b端碳纖維布與混凝土基材存在二次粘貼,錨固失效概率比較高,錨固效果可靠程度偏低。
剝離破壞
單獨(dú)的對于b端錨固效果來說,內(nèi)短外長的構(gòu)造形式將b端頭包裹在其中,對b端頭起到了約束的作用,也就提高了b端頭的抗剝離能力。
由此可見,兩種構(gòu)造中內(nèi)短外長加U型箍的錨固、加固效果要明顯優(yōu)異于外短內(nèi)長型。因此,在規(guī)范GB 50367-2013中,也明確的推薦內(nèi)短外長型的構(gòu)造措施。
還有一點(diǎn),在雙層碳纖維布中也起到了至關(guān)重要的作用。雙層碳纖維布之間、碳纖維布與混凝土基材之間,都是靠膠體進(jìn)行粘接傳力,相對于單層碳纖維布,雙層碳纖維布由于承受更高的拉應(yīng)力,因此需要更高性能的膠體,來保證整體共同受力??ū窘n膠,通過安全性鑒定,無疑問是雙層碳纖維布施工中的有力支持。
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