产品描述
碳纤维加固 碳纤维材料用于旧桥加固修补在我国技术起步比较晚。但随着我国交通事业的发展,现有桥梁中有相当一部分由于当时车辆载重小、设计荷载标准低等原因,难以满足当前规范使用的需求,碳纤维加固修补结构技术作为一种新型的结构加固技术快速发展起来。碳纤维布它具有高强度、重量轻、高耐久性(防锈性)等特性,粘贴在即有的混凝土构造物的梁、柱、梁板等受弯曲受拉面的表面,提高补修构造物的强度、耐力,改善构造物的耐震性能和耐久性能。
2 施工工艺和方法
2.1主要材料及其性能
2.1.1碳纤维布
粘贴单层碳纤维布的单位面积碳纤维质量一般为了200g/m2~300 g/m2,不宜低于150g/m2,且不宜**450g/m2。
2.1.2粘结材料
粘贴用底胶和粘浸胶是粘贴碳纤维布的**胶,它是一种双组份、**固含量、高强度、不流淌、触变型粘合剂。
2.2 主要施工工序
施工准备→放设施工线 →灌缝处理 →刷抹漆底胶→粘贴碳纤维布 →表面养护→涂刷碳纤维**胶。
2.2.1灌缝
灌缝是用一种相对流动好、灌入深、凝结时间短、粘接好的**胶对混凝土构件进行填充,从而加强混凝土强度的一种施工工艺。它的作用是对混凝土构件裂缝进行补强,对混凝土的内部进行加固,它可以防止混凝土构件内部钢筋的锈蚀及氧化。可以广泛应用在桥涵的加固处理中。
1)施工准备(原材料封缝胶、灌缝胶的配制,灌缝胶采用成品进口胶,分主剂与固化剂,重量比4:1掺配);
2)清理及化学清洗(沿缝宽每侧2cm~4cm、剔除粉刷层及其他面层,用水清洗);
3)埋设注胶设备(**注胶嘴);
4)封堵裂缝(用配制好的封缝胶对裂缝进行封堵);
5)注胶(**注胶器注入灌缝胶);
6)养护;
7)除去注胶嘴等。
2.2.2刷抹漆底胶
1)施工准备(准备好将使用的材料及机具,漆底胶采用成品进口胶,分主剂与硬化剂,重量比2:1掺配);
2)表面处理。清除被加固混凝土构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土。将混凝土表面处理干净,并使表面保持**干燥;
3)找平处理。采用**碳纤维找平胶对混凝土表面凹陷部位填补平整,并在找平材料表面指触干燥后尽快进行下一道工序;
4)涂刷碳纤维底胶。采用特制滚筒刷将面胶均匀涂抹于所要粘贴部位。
2.2.3粘贴碳纤维布
1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布;
2)粘贴碳纤维布时间控制在涂刷面胶2h~3h后进行;
3)粘贴碳纤维布时,使用器具沿着纤维方向在碳纤维片上多次滚压,挤除气泡,以确保浸渍胶均匀地充分渗浸入碳纤维片的碳纤维束中。在滚压时注意不可损伤碳纤维布;
4)涂刷碳纤维面胶
待碳纤维布粘贴完大约1h左右后在碳纤维布的表面均匀涂抹一层面胶。
3优点与缺点
3.1优点
1)施工简便迅速,*模板、夹具、支撑等;
2)不增加结构重量,碳纤维片重量200g/m.~300g/m,设计厚度0.1l1mm~0.167mm,加上环氧树脂的重量也很轻,对结构自重影响可忽略不计;
3)能适应各种结构外形的补强;
4)可以多层粘贴。可根据设计要求,在一个部位重叠粘贴;
5)具有良好的耐腐蚀性,寿命较长,可以在不利环境下使用,并便于养护。
3.2缺点
其会影响到受弯构件的破坏形态及其延性,而且目前的材料价格仍然偏高,应在考虑各项综合因素以后,慎重选用。
碳纤维加固 我国碳纤维加固的应用实践先于理论,相关的技术不十分成熟,当前只有GB50367-2006《混凝土结构加固设计规范》、CECS146:2003《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》推荐给工程设计、施工、检测、使用单位采用。为确保碳纤维布加固结构技术应用的工程质量,结合工程加固实际状况来介绍碳纤维布加固应用及施工控制技术。
2、工程概况及方案的选择设计
某公建综合大楼为20层框剪结构,框架梁柱采用HRB400级钢筋,由于四层的使用功能的改变,导致荷载增大使四层的局部梁将不能满足设计要求而需要加固。根据实际情况,设计了四种方案:1、采用钢筋混凝土将梁截面加高,但施工复杂进度较慢,且减少了空间尺寸。2、采用预应力加固梁截面,由于空间限制,所用的施工设备无法完成,且不经济。3、采用贴粘钢板或碳纤维加固,二者施工都方便易操作,施工工期短,但碳纤维抗拉强度比钢板高很多且耐腐蚀性好。经过方案论证和经济技术可行性比较,很终采用梁下碳纤维材料进行加固,梁的负弯矩处采用贴粘钢板加固。
3、施工过程控制:
3.1施工流程:
1准备工作→2基层处理→3涂敷基底胶→4绘制碳纤维布的布设图→5裁剪碳纤维布→6铺贴基准放线→7确认基底胶面状态→8搅拌浸渍胶脂→9涂浸渍胶→10铺贴碳纤维布→11表面涂浸渍胶→12二层粘贴碳纤维布重复7~11。
3.2碳纤维布加固施工过程的要点:
碳纤维布加固施工过程,主要是基层的处理和碳纤维布的粘贴过程,如果这两个过程控制不当,将直接影响加固的效果,所以在施工前对操作人员技术人员进行认真的技术交底,对每道工序严格按照方案和规范要求执行。混凝土结构的表面强度较低或污染较重,它与纤维布的粘贴强度就会很低,易发生脆性的剥离破坏,使得纤维布不能充分发挥作用。
3.2.1混凝土结构的表面处理:
1清除加固区域混凝土表面所需加固部位的剥落、疏松、蜂窝等劣化混凝土,露出混凝土结构层,如有严重凹凸不平处,用**修复,再用手提砂轮机磨平。
2将被粘贴的混凝土面打磨坚实平整,除去表面浮浆,油污等杂质直至露出混凝土新面,特别模板接缝处需打磨平整、圆滑、自然,不得有急弯或凸出,在梁的阳角处另需磨掉棱角打磨成R≥20弧形角。
3确保处理好的混凝土表面保持干净干燥。不得有灰尘油污等二次污染,否则应重新进行处理,下道工序施工前应用吹风机将混凝土表面清理干净。
3.2.2涂刷底层树脂的控制要点
(1)表面清理
用打磨机将混凝土表面污物及浮浆清理干净,直至露出密实的混凝土结构。对缝宽小于0.2mm的,用改性环氧树脂进行表面涂刷密封;对大于0.2mm的裂缝用改性环氧树脂灌缝修补。
(2)安装底座
在梁的两侧裂缝处各安装两个硅酮橡胶灌浆底座,并用**底座粘贴胶进行固定,两个灌浆底座的间距约200mm。
(3)裂缝密封
用封缝胶将整条裂缝及可能漏胶的部位进行表面密封,并等待封缝胶的硬化。
(4)灌注改性环氧树脂
将装好低粘度改性环氧树脂灌缝胶的**注射筒安装至底座上,并加压灌注,直至灌满为止。灌注过程应连续施工,注意不可产生漏浆现象。
(5)拆除底座
待所灌注的改性环氧树脂硬化后,将橡胶底座拆除,并将表面用打磨机打磨平整。
2.2碳纤维布加固工艺
(1)表面处理
混凝土表面如出现的表面脱落、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位应予以剔除,对较大面积的劣质层,在剔除后用水泥砂浆进行修复。将混凝土的表面用混凝土角磨机处理整平,除去表面松散物、尘埃、油脂等杂物,凸出部位要磨平,转角部位要倒成不小于20mm的圆角。用吹风机或吸尘器将混凝土表面清理干净并保持干燥。用脱脂棉沾水擦拭混凝土表面,若有漏水现象要作止水、导水等处理,被加固结构表面处理的好坏直接影响加固质量。
(2)涂刷底胶
把底层树脂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入**容器内。先称量主剂,然后加入固化促进剂,搅拌均匀,1~3分钟后再加入固化剂,并用搅拌器搅拌均匀;一次调和量应在可使用时间(约30~40分钟)内用完。用**滚筒刷将底层树脂均匀的涂刷于混凝土表面,待树脂表面指触干燥(树脂表面达到固化硬结)后,表面上的凸起部分(类似结露的露珠状)要有砂纸或角磨机磨平。
(3)修补找平
用配制的环氧腻子将结构表面凹陷部位填平,并修复至表面平整、顺滑,无楞角。转角处也应修复为光滑的圆弧。腻子涂刮后,表面存在的凹凸糙纹,应用砂纸打磨平整。
(4)粘贴碳纤维布
首先,裁剪碳纤维布。根据要求裁好所需尺寸,并保证剪裁后的碳纤维方向与粘贴部位方向一致。严禁斜向裁切碳纤维布,防止出现拉丝现象。裁剪后的碳纤维布卷成卷状,防止褶皱、弯折。然后,配制浸渍胶液。按规定的比例准确称量浸渍胶液的主剂和固化剂,装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次配制胶量要以可使用时间(约50~60分钟)内施工所需量为限。很后,粘贴碳纤维布。粘贴前应对粘贴面再次擦拭,确保无粉尘后,将浸渍胶液均匀地涂抹于所要粘贴的部位。涂刷时,必须做到“稳、准、匀”的要求,即:稳,涂刷用力适度,尽量不流不坠不掉;准,在粘贴部位准确进行涂刷,满刷且不出控制线;匀,涂刷范围内薄厚均匀一致。粘贴碳纤维布时,同样要“稳、准、匀”,使碳纤维布不皱、不折、展延平滑顺畅。滚压碳纤维布时,必须用特制的滚筒从一端向另一端多次进行滚压,挤除气泡,不宜在一个部位反复滚压揉搓,滚压中应让浸渍胶液充分渗透碳纤维布,以达到脱泡、浸润的效果。需要搭接时,沿纤维方向的搭接长度不小于100mm,并保证搭接部位的胶液浸渍质量。随着结构胶粘剂反应使粘度增高固化(碳纤维表面指触感干燥为宜),再涂二层时就可达到良好效果,多层粘贴重复以上步聚,在很后一层碳纤维布表面均匀涂抹浸渍胶。
(5)养护
粘贴碳纤维布后应进行养护,特别是在其固化时要防雨淋、防风砂等,严格不受外界干扰和碰撞,养护期约一周。
1将底涂的主剂和固化剂严格按厂家工艺规定的配比进行计量称取,置于干净容器内搅拌均匀,一次的配制量以在可使用时间内用完为准(根据施工时的环境温度,常温一般控制在40分钟内),根据现场实际气温来决定配制量,并要严格控制使用时间。
2施工前再次对加固区域混凝土表面作好仔细检查,确保表面干净干燥,施工时用滚筒或毛刷含底涂树脂,在被粘贴混凝土表面均匀涂布,并注意涂布时不得留下空洞或漏涂,涂层厚度应均匀。
3等待胶固化后,固化时间应根据施工现场气温确定,以手指触感干燥为宜。底涂树脂达到指触干燥后,尽快进行下一步施工。
3.2.3粘贴面不平整修复的控制要点
1仔细观察混凝土表面,查找是否存在凹阴角部位等缺陷,划出需要修补的区域。
2按厂家提供的材料工艺规定配制找平树脂。
3对需要修补的凹陷部位用找平材料填补密实、平整,尽量不应有棱角或凸起。
4将转角或阴角部位用修复材料修理成光滑的圆角,半径不应小于20。
5将修复后的粘贴面再进行平整打磨一次,并清理干净待用。
6宜在找平材料指触干燥后尽快进行下一道工序的施工。
3.2.4粘贴碳纤维布的控制要点
1将碳纤维布用剪刀依据设计尺寸裁切并小心放置,避免弄脏和损坏。同时在加固粘贴区域按设计尺寸进行弹线,确保粘贴位置准确无误。
2将浸渍树脂的主剂及固化剂按规定比例称重后搅拌均匀待用,一次配制不宜过多,应于40分钟内用完。
3用滚筒或毛刷含浸渍树脂在混凝土表面所粘贴区域均匀涂布,涂布时应注意浸渍胶不宜过多或不足,以免引起涂布不均或漏涂。在搭接捌角部位处适当多涂抹一些。
4将碳纤维布平顺地贴合在均匀涂布浸渍胶的加固混凝土面上,碳纤维布的搭接长度不小于100。
5粘贴时开始用手轻压,用滚轮沿纤维方向单向反复滚压碳纤维布,使得浸渍胶充分浸透碳纤维布并除去碳纤维布中残留气泡,滚压时不得损伤碳纤维布,拱起部位及角落容易产生气泡处须用刮刀小心除泡。
6在已贴好的碳纤维面层上,用滚筒含浸渍胶重复滚压使碳纤维表面浸润良好。后续施工须待碳纤维粘贴30分钟以上时间方能进行,并注意是否有浮起或错位现象,若有则应用滚轮或刮刀压平修正。
7在粘贴二层碳纤维布的部位重复3~6步骤。并在碳纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂胶。
8如果需要在已粘贴好的碳纤维布表面进行粉刷,为了方便后道工序粉刷牢固则应当在很后一遍浸渍胶初凝前粘撒黄砂或绿豆砂,以使表面毛糙,待糙化表面固化后抹5~10?水泥砂浆。
3.3碳纤维施工质量检验及施工效果
每一道工序结束后及时按照工艺要求进行检查,如出现质量问题立即返工处理,做好相关的验收记录。施工温度宜在5~35度范围内,相对湿度不大于70%。
施工结束后的现场质量检查是碳纤维布与混凝土之间的粘结,用小锤等工具轻轻敲击碳纤维布表面,根据回音来判断粘结效果,是否出现空鼓、粘贴不密实的现象。总有效粘结面积不应低于95%,当碳纤维布的空鼓面积小于10000?2时,可采用针管注胶的方式进行补救,当空鼓面积大于10000?2时,宜将空鼓处的碳纤维布切除重新搭接贴上等量的碳纤维布,搭接长度应不小于100?。
对现场施工质量自查合格后委托具有资质的南京工业大学南京工大建设工程技术有限公司进行现场碳纤维布与混凝土的正拉粘结强度试验,随机抽取一组。
碳纤维布正拉粘结强度检测结果如下:
序号 抗拉强度 抗拉强度平均值
本综合楼采取碳纤维加固方法施工,从准备到完成只用15天,没有出现任何质量问题,满足了工程的使用功能,达到了良好质量效果。
4、 结语:
通过碳纤维布加固施工实践表明,应用本施工技术是成功的,但在施工过程中应特别关注下列关键技术措施:
1、施工所用的碳纤维布和胶粘剂的质量必须符合设计技术要求。同时须对纤维布与胶粘剂相适配性和安全性进行检验,否则就会导致结构加固工程失败,造成更大的危害。
2、 碳纤维布与混凝土的粘剂质量必须高度重视,首先保证被粘贴的混凝土强度不得低于C20,在粘贴碳纤维布时必须浸透使碳纤维布内和层间达到设计的粘结强度,才能充分发挥碳纤维布的抗拉强度,才能确保承重结构加固后的安全可靠。
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